EP3225937A1 - Construction device including an element for storing fluid to be recharged thermally - Google Patents
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- EP3225937A1 EP3225937A1 EP17164286.1A EP17164286A EP3225937A1 EP 3225937 A1 EP3225937 A1 EP 3225937A1 EP 17164286 A EP17164286 A EP 17164286A EP 3225937 A1 EP3225937 A1 EP 3225937A1
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Definitions
- the invention relates to the field of thermal management within a building.
- the invention is concerned with a device comprising a storage element configured to store hot and cold, and at least one method for charging cold fluid first and first hot fluid storage parts, in particular to meet the needs at the building level.
- heating or cooling the building for example to improve the comfort of the building occupants, or for technical reasons in tertiary buildings, and / or such that the supply of domestic hot water within the building.
- these temperature control needs may be accurate as in hospitals or laboratories.
- the subject of the invention is a building device having characteristics that make it possible to solve at least part of the needs identified above.
- a device for building comprising a storage element of a first fluid, a circulation circuit of the first fluid connected to said storage element, and a heat pump comprising an evaporator and a condenser, and in that the circuit has at least one simultaneous charge configuration of a first cold fluid storage portion within the storage element and a first hot fluid storage portion within the storage element.
- the heat pump in the simultaneous charging configuration is configured to form a cold source at the evaporator for participating in the charge of the first cold fluid storage portion and a hot source at the condenser for participating in the charging of the first hot fluid storage part when the first fluid from the storage element is circulated in the circuit.
- the circuit in the simultaneous charge configuration of the first hot fluid storage part and the first cold fluid storage part, can be configured such that when the first fluid from the storage element is put into circulation in the circuit, a first fraction of said first fluid flowing in the circuit undergoes a temperature rise induced by the use of the heat pump before being introduced into the storage element at the storage portion of a first hot fluid, and a second fraction of the first fluid flowing in the circuit undergoes a decrease in temperature induced by the use of the heat pump before being introduced into the storage element at the storage portion of the first cold fluid.
- the device may comprise a circulation loop of a second fluid, said loop being associated with: the evaporator of the heat pump so as to cool the second fluid when the heat pump is used; and a first heat exchanger through which, in the simultaneous charge configuration, the second fraction of the first fluid such that said second fraction of the first fluid undergoes, at said first heat exchanger, said decrease in temperature related to the use of the heat pump with the second fluid after passing through the evaporator.
- said loop is associated with a second heat exchanger, in particular associated with a fan, for heating the second fluid after its cooperation with the evaporator of the heat pump and before the passage of said second fluid in the first heat exchanger.
- the heat pump comprises a refrigerant circulating between the evaporator of the pump and the heat and condenser of the heat pump, said heat pump being configured such that the refrigerant: releases its heat at the condenser to the first fraction of the first fluid; and takes heat from the second fluid so that the latter fluid participates in cooling the second fraction of the first fluid.
- the storage element of the first fluid is thermally stratified and comprises a reservoir having a space filled with the first fluid and comprising both the first hot fluid storage portion and the first cold fluid storage portion whose volumes are adaptable.
- the reservoir space has a first fluid intermediate storage portion located between the first hot fluid storage portion and the first cold fluid storage portion, and in the simultaneous charge configuration, the device includes a system sampling device configured so that the first fluid from the storage element and flowing in the circuit comes from the intermediate storage part.
- the circuit is adapted to adopt at least one of the following additional configurations: a charging configuration of the first hot fluid storage part alone in which the circuit is configured so that when first fluid from the storage element circulates in the circuit, said first fluid flowing in the circuit is directed into the circuit so as to undergo a temperature rise induced by the condenser of the heat pump before being introduced into the storage element at the first hot fluid storage portion; a charge configuration of the first cold fluid storage portion alone in which the circuit is configured such that when the first fluid from the storage element flows in the circuit, said first fluid flowing in the circuit is directed in the circuit so as to undergo a temperature decrease caused by a second fluid flowing in a circulation loop of the device before being introduced into the storage element 1 at the level of the first cold fluid storage part, in this charging configuration of the first cold fluid storage part only the heat pump is either turned off or turned on to participate in the temperature decrease; a distribution pattern of the first fluid from the storage element in which the heat pump is deactivated, and wherein the circuit is configured to transmit said first fluid from the storage
- control module comprises a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the outside temperatures of day and night to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building; and said function outputs the selected configuration.
- the circuit comprises an output intended to be connected to an input of a distribution network of the building and an input intended to be connected to an output of the building distribution network, said circuit further comprising: a first section connected, on the one hand, to the storage element and, on the other hand, to the input of the circuit, this first section comprises a first pump and a first branch formed in parallel with the first pump; a second section connected, on the one hand, to the storage element at the first hot fluid storage portion of the storage element, and connected, on the other hand, to the output of the circuit, said second section comprising between the storage element and the output of the circuit the following successive elements: a first valve, a second pump associated with a second branch formed in parallel with the second pump, a second valve, a third pump capable of sending, when it is activated, the first fluid in the distribution network of the building; a third section connected, on the one hand, to the first section and, on the other hand, to the second valve, said third section being associated with the condenser of the heat
- the invention also relates to a method for managing a building device, said device comprising a storage element for a first fluid, such a method comprises a first mode of operation comprising a step of simultaneously charging a part for storing first cold fluid within the storage element and a first hot fluid storage portion within the storage element, said simultaneous charging step comprising a first fluid sampling step from the storage element so as to circulate it in a circulation circuit of the first fluid and a step of using a heat pump comprising a condenser and an evaporator.
- the step of simultaneous charging can comprise the following steps: a step of raising the temperature of a first fraction of the first fluid flowing in the circuit induced by the step of using the heat pump followed by a step of introducing the first fraction into the storage element at the first hot fluid storage portion of the storage element; a step of reducing the temperature of a second fraction of the first fluid flowing in the circuit induced by the step of using the heat pump followed by a step of introducing the second fraction into the storage element at the cold first fluid storage portion of the storage element.
- the method comprises in addition to the first mode of operation, at least one of the following additional operating modes: a second mode of operation comprising a step of charging the hot first fluid storage part only having a step of sampling the first fluid from the storage element so as to circulate it in the circuit so that it undergoes a temperature rise induced by the condenser of the heat pump followed by a step introducing said first fluid taken from the storage element at the first hot fluid storage portion; a third mode of operation comprising a step of charging the cold first fluid storage portion only comprising a first fluid sampling step from the storage element so as to circulate it in the circuit so that it undergoes a temperature decrease during a passage of said first fluid taken from a heat exchanger coupled to a second fluid of temperature lower than that of said first withdrawn fluid, followed by a step of introducing said first fluid taken from the storage element at the level of the part storing first cold fluid of the storage element; a fourth mode of operation in which the heat pump is deactivated, and comprising a step in
- control step comprises the use of a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the day and night temperatures to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building, and the function outputs the selected operating mode.
- the invention also relates to an installation comprising a building provided with a fluid distribution network in particular for heating and / or cooling said building, characterized in that it comprises a device as described connected to the distribution network for distributing the first fluid from the storage element within the distribution network.
- the device described below differs from the prior art in that it notably proposes the use of a circulation circuit of a first fluid associated with a storage element of the first fluid, this circuit being configured so as to allow simultaneous charging of hot and cold storage element.
- the storage element has a cold first fluid storage portion and a hot first fluid storage portion. These two storage portions may be delimited by two separate compartments.
- the storage element is preferably thermally stratified and in this case, the thermal stratification storage element comprises a single compartment - also called reservoir - defining a first fluid storage volume including in particular both the storage portions of first hot fluid and first cold fluid.
- the thermal stratification makes it possible to have within the same compartment the first cold fluid storage portion and the first hot fluid storage portion without fractionation in two distinct compartments of the first fluid: the principle of the first fluid is then used. density of the fluid as a function of its temperature.
- the hot and cold first fluid storage portions are variable volumes dependent on the state of the first fluid in the storage element.
- the notion of hot / cold is to be taken broadly in the sense that it is considered that in the cold first fluid storage part, the first fluid has a temperature lower than the first fluid located in the first fluid storage part. hot.
- the first fluid in part of storage of first hot fluid, the first fluid preferably has a temperature between 60 ° C and 80 ° C, and in part of cold first fluid storage the first fluid preferably has a temperature between 10 ° C and 20 ° C.
- the storage portions of first hot fluid and first cold fluid can be separated by a storage portion intermediate of first fluid in particular whose lower temperature is higher than the upper temperature of the cold first fluid storage part and whose upper temperature is lower than the lower temperature of the first hot fluid storage part. In this intermediate zone, the first fluid has a temperature preferably between 20 ° C and 60 ° C.
- charge of the cold first fluid storage portion or “charge of the first hot fluid storage portion” will be used.
- charge of the first cold fluid storage part is meant the injection / introduction into the first fluid storage element having a temperature included in, or less than, the temperature range associated with the storage zone of the first fluid. first cold fluid.
- first cold fluid When we speak of the introduction of first cold fluid into the storage element at a cold first fluid storage part, it is a preferentially direct introduction into this first fluid storage part. cold, especially in the lower part of the storage element if the latter is of thermal stratification type.
- charge of the hot first fluid storage part is meant the injection / introduction into the fluid storage element having a temperature greater than, or included in, the temperature range associated with the storage portion of the first fluid storage part.
- first hot fluid When we speak of the introduction of first hot fluid into the storage element at a first hot fluid storage part, it is a preferentially direct introduction into this first fluid storage part. hot, especially in the lower part of the storage element if the latter is of thermal stratification type.
- the first fluid stored in the storage element may, depending on the needs, be used in a distribution network of a building (individual or collective) to for example heat domestic hot water, circulate in a heating system or air conditioning distribution network, etc.
- the figure 1 schematically illustrates a device for building, especially for the thermal management of the building.
- a device comprises a storage element 1 of a first fluid, a circulation circuit 2 for circulating the first fluid connected to said storage element 1, and a fuel pump.
- heat 3 comprising an evaporator 4 and a condenser 5.
- the first fluid is preferably water.
- Circuit 2 has at least one configuration (visible in figure 1 ) simultaneously charging a cold first fluid storage part Z1 within the storage element 1 and a first hot fluid storage part Z2 within the storage element 1 by using the pump heat 3 and circulation of first fluid from the storage element 1 in the circuit 2. This circulation can be achieved by a first pump 6 of the circuit 2.
- the heat pump 3 is configured to form, in the simultaneous charge configuration, a cold source at the level of the evaporator 4 intended to participate in the charge of the cold first fluid storage part Z1 and a hot source at the condenser 5 intended to participate in the charge of the first hot fluid storage portion Z2 when the first fluid from the storage element 1 is circulated in the circuit 2.
- circulation of a fluid in particular of the first fluid, is meant a movement or a flow of the first fluid in particular within the circuit 2.
- the storage element 1 of thermal stratification type preferably further comprising the intermediate storage portion Z3. Due to the density of the first fluid in the storage element the Z2 portion is located above the Z1 portion, and where appropriate the Z3 portion is located between the Z1 and Z2 parts.
- the storage element 1, in particular when it is thermally stratified, may comprise a ramp 7 for injecting first fluid into the storage element 1 or to collect the first fluid from the storage element 1.
- the ramp 7 injection or sampling can be of the type selectively allowing to take the first fluid in a suitable zone of the storage element 1 or to inject the first fluid in a suitable zone of the storage element 1. This can be implemented by the use of actuators and temperature sensors, or by known alternative technical solutions exploiting the differences in density of the first fluid stored in the storage element 1 according to its temperature to inject or take the first fluid in the right place.
- the heat pump 3 is arranged in such a way that its operation induces the heating of a first fraction of the first fluid flowing in the circuit 2 and induces the cooling a second fraction of the first fluid flowing in the circuit 2.
- the circuit 2 is configured so that, when the first fluid from the storage element 1 is circulated in the circuit 2, a first fraction of said first fluid flowing in the circuit 2 undergoes a temperature rise induced by the use of the heat pump 3 before being introduced into the storage element 1 at the storage portion of the first hot fluid Z2 and a second fraction said first fluid flowing in the circuit 2 undergoes a decrease in temperature induced by the use of the heat pump 3 before being introduced into the storage element 1 at the first cold storage storage portion Z1.
- the circuit 2 may include, in its simultaneous charging configuration, a first pipe element 8 connected to the storage element 1, in particular to the ramp 7, and associated with the first pump 6 enabling the in circulation of first fluid in the first pipe element 8.
- This first pipe element 8 is connected, in particular at its end opposite the storage element 1, to a second pipe element 9 intended to receive the first fraction of the first fluid and cooperating with the condenser 5, which results in the temperature increase of the first fraction when the heat pump 3 is active and the first fluid flows in the circuit 2.
- the second pipe element 9 may comprise two parts each clamped to a heat exchanger of the condenser 5 so as to allow the passage of first fluid through the condenser and more particularly the exchanger t hermetic condenser 5 allowing a heat exchange between the fluid of the heat pump and the first fluid.
- the second pipe element 9 joined the storage element 1, especially in the upper part to allow the direct introduction of the first fraction of the first fluid into the first hot fluid storage portion Z2.
- the circuit 2 has in this simultaneous charging configuration a third pipe element 10 connecting the first pipe element 8 to the storage element 1.
- This third pipe element 10 is intended to receive the second fraction of the first pipe element. fluid and cooperates directly or indirectly with the evaporator 4.
- the direct cooperation of the third pipe element 10 with the evaporator 4 can be difficult depending on the case in the sense that there is a risk of freezing the second fraction of the first fluid according to the heat pump 3 used.
- the piping elements of the figure 1 are arrowed to give the indication of circulation of first fluid in the circuit 2.
- the advantage of the brine is that it freezes at temperatures colder than those of normal water, this being the case in case of hot charge alone as will be described hereinafter in connection with the figure 2 .
- the second fluid may be subjected to temperatures of the order of -15 ° C and must remain liquid at these temperatures.
- the additional element that may comprise the device and referred to above may in fact be a circulation loop 11 of the second fluid (the arrows of the figure 1 at the level of the loop 11 indicates the flow direction of the second fluid), the loop 11 being associated with the evaporator 4 of the heat pump 3 so as to cool the second fluid when the heat pump 3 is used (the loop 11 can then pass through the evaporator 4, that is to say be thermally coupled to the evaporator 4).
- the loop 11 is also associated with a first heat exchanger 14, in particular of liquid-liquid type (that is to say first fluid-second fluid), then traversed by the second fluid and through which passes in the charge configuration simultaneous, the second fraction of the first fluid (especially via the third pipe element 10) so that the second fraction of the first fluid undergoes, at the level of said first heat exchanger 14, said temperature decrease related to the use of the heat pump 3 with the aid of the second fluid after passing through the evaporator 4.
- the loop 11 can also be associated with a second heat exchanger 12 (that she crosses on the figure 1 ), in particular associated with a fan 13, for heating the second fluid after its cooperation with the evaporator 4 of the heat pump 3 and before it passes through the first heat exchanger 14.
- the second heat exchanger 12 is notably of the air-cooled type. liquid, where the air may be outside air ventilated by the fan 1 or ventilated air from a VMC).
- the loop 11 may comprise a bypass 11a of the second fluid in parallel with the second heat exchanger 12, this bypass 11a being configured to present a first state in which the second fluid flows in the bypass but not in the second heat exchanger 12 and a second state in which the second fluid passes into the second heat exchanger 12.
- the decrease of the temperature of the second fraction is induced by the pump heat 3 but uses a second fluid as an intermediate and heat exchangers.
- the circulation loop 11 associated with the second exchanger 12 itself associated with the fan 13 provide an aerothermal function of the heat pump 3.
- This fan 13 may only work in certain cases, for example when looking for to perform a charge of the hot fluid storage portion alone as will be described hereinafter in connection with the figure 2 .
- the fan 13 can be used to send outside air on the second exchanger 12 or air from a controlled mechanical ventilation (VMC).
- VMC controlled mechanical ventilation
- the loop 11 may comprise a pump 15 allowing the circulation of the second fluid so that the latter can cooperate successively with the evaporator 4, if necessary with the second heat exchanger 12 and if necessary with the first heat exchanger 14.
- "Outside air” means air coming from outside the building.
- the heat pump comprises a compressor 3a (for increasing the pressure of the refrigerant) and a pressure reducer or expansion member 3b (for lowering the pressure of the refrigerant).
- the storage element 1 of the first fluid is preferably thermally stratified and comprises a reservoir 1a having a space filled with the first fluid and comprising both the first hot fluid storage part Z2 and the storage part of the first fluid.
- first cold fluid Z1 whose volumes are adaptable.
- first cold fluid and the first hot fluid storage portion can be adapted as needed.
- the reservoir space may comprise the intermediate storage part Z3 of the first fluid situated between the first hot fluid storage part Z2 and the cold first cold storage part Z1, and preferably in the charge configuration simultaneous, the device comprises a sampling system (the ramp 7 mentioned above) configured so that the first fluid from the storage element 1 and flowing in the circuit 2 comes from the intermediate storage part Z3, this allows use part of the first fluid whose temperature is between the temperature of the part Z1 and the temperature of the part Z2 so as to balance the production of hot and cold by limiting the supply of frigories or calories to the first fluid and thus limiting the power consumption during simultaneous charging.
- a sampling system the ramp 7 mentioned above
- the storage element 1 may comprise a plurality of storage compartments 1 with thermal stratification in fluid communication (in particular the compartments are preferably in series), the circuit being then able to adapt to recharge all the compartments as needed, which can reduce costs due to the use of existing storage elements.
- the part of the first fluid taken from the storage element, where appropriate in the intermediate storage zone has a first temperature, in particular between 20 ° C. and 40 ° C.
- the first fraction of this portion of the first fluid is raised to a second temperature, especially between 60 ° C and 80 ° C, greater than the first temperature, and the second fraction is treated so as to reach a third temperature, in particular between 10 ° C and 20 ° C lower than the first temperature.
- the second fluid meanwhile is preferably such that at the inlet of the first heat exchanger 14 it has a temperature between 10 ° C and 20 ° C.
- These temperatures are advantageously compatible for storing hot and cold in order to supply it to a distribution network of the building.
- the simultaneous charging configuration is implemented in summer where the simultaneous needs of hot and cold within the building can be important. Of course, depending on the needs, this simultaneous charging configuration can also be implemented in other seasons.
- the configuration referred to above allows the advantageous simultaneous recharge of hot and cold, especially in summer, from the same operating phase of the heat pump 3, it therefore results in a cost limitation and the possibility of achieve a desired state of the storage element more quickly. Moreover, classically by recharging the hot with aerothermal cold is rejected to the ambient air, so we take advantage of this cold rejected to recharge cold without significant additional costs, including power consumption.
- the circuit 2 can be configured to adopt additional configurations, that is to say complementary to the simultaneous charging configuration, and allowing the implementation of these functions.
- the circuit is able to adopt at least one of the additional configurations described.
- the figure 2 illustrates an additional configuration - called the charge configuration of the first hot fluid storage portion Z2 alone - in which the circuit 2 is configured such that when the first fluid from the storage element 1 flows in the circuit 2 said first fluid flowing in the circuit 2 is directed into said circuit 2 so as to undergo a temperature rise induced by the condenser 5 of the heat pump 3 before being introduced into the storage element 1 at the level of the first fluid storage part hot Z2.
- the circuit 2 may comprise as illustrated in FIG. figure 2 , in its charge configuration of the first hot fluid storage part Z2 alone, the first pipe element 8 connected to the storage element 1, in particular to the ramp 7, and associated with the first pump 6 allowing the implementation of circulation of the first fluid in the first pipe element 8.
- This first pipe element 8 is connected to the second pipe element 9 intended to receive the first fluid flowing in the circuit and cooperating with the condenser 5, from which it results the temperature increase of the first fluid when the heat pump 3 is active.
- the second pipe element 9 joins the storage element 1, especially in the upper part, to allow the direct introduction of the first fluid into the first hot fluid storage portion Z2.
- the evaporator 4 of the latter may be associated with the loop 11, the second fluid of which is circulated by the loop pump 11. This time the loop 11 is associated at the evaporator 4 and at least at the second heat exchanger 12 in particular associated with a fan 13 of to warm the second fluid.
- the first fluid taken from the storage element 1 (where appropriate in the intermediate storage zone) has a temperature of between 20 ° C. and 60 ° C. and the second heat exchanger 12 is configured to adjust the temperature of the second fluid after its passage in the evaporator 4 between -10 ° C and 10 ° C to improve the operation of the evaporator 4 during the return of the second fluid through the latter (if the outside temperature is too cold , the fan 13 will not send outside air but rather the recycled air of a VMC to heat the second fluid at the second heat exchanger 12), the condenser 5 then allows to heat the first circulating fluid in the circuit 2 at the condenser 5 at a temperature between 60 ° C and 80 ° C before the latter is injected into the storage element 1 at the first hot fluid storage portion Z2 .
- the first fluid taken from the storage element where appropriate in the intermediate storage zone, has a temperature between 20 ° C and 40 ° C and the second heat exchanger 12 is configured to adjust the temperature.
- temperature of the second fluid after its passage through the evaporator 4 between 10 ° C and 20 ° C to improve the operation of the evaporator 4 during the return of the second fluid through the latter.
- the figure 3 illustrates another additional configuration - also called the charge configuration of the first cold fluid storage part Z1 alone or case 1 - in which the circuit 2 is configured such that, when the first fluid from the storage element 1 circulates in the circuit 2, said first fluid flowing in the circuit 2 is directed in the circuit 2 so as to undergo a decrease in temperature caused by the second fluid flowing in the loop 11, in particular by activation of the loop pump 15, before being introduced into the storage element 1 at the first cold storage part Z1.
- the device may comprise the second heat exchanger 12 in which the loop 11 passes and configured to reduce the temperature of the second fluid before it is increased by heat exchange between the first fluid flowing in the circuit 2 and the second fluid circulating in the loop 11 at the first heat exchanger 14 of the device then crossed by the first and second fluids.
- the loop 11 passes through the second heat exchanger 12, in particular associated with a fan 13 which ventilates air, especially outside the building, on the second heat exchanger 12, the purpose of which is to cool the second fluid, before this the latter passes into the first heat exchanger 14 which also receives a portion of the circuit 2 so that the first heat exchanger 14 can take heat from the first fluid flowing in the circuit 2 - thus lowering the temperature of the first fluid - to transmit them to the second fluid.
- the circuit 2 comprises the first pump 6 which makes it possible to take the first fluid from the storage element 1, in particular via the ramp 7, before reinjecting it at the level of the cold first fluid storage part Z1. To implement this, the circuit 2 may comprise as illustrated in FIG.
- FIG 3 in its charge configuration of the cold first fluid storage part Z1 alone, the first pipe element 8 connected to the storage element 1, in particular to the ramp 7, and associated with the first pump 6 for the implementation of circulation of the first fluid in the first pipe element 8.
- This first pipe element 8 is connected to the third pipe element 10 intended to receive the first fluid flowing in the circuit 2 and associated with the first heat exchanger 14, from which it results the decrease in temperature of the first fluid when the circulation loop 11 is active and the fan 13 is active.
- the arrows shown at the piping elements represent the flow direction of the first fluid in the circuit 2.
- the arrows shown at the circulation loop 11 represent the flow direction of the second fluid.
- this configuration can only work if the temperature of the second fluid after passing through the second heat exchanger 12 is lower than the temperature of the first fluid flowing in the circuit 2 upstream of the first heat exchanger 14. This is for that this charging configuration of the first cold-fluid storage part alone is preferred in winter or summer when outside temperatures permit it. Alternatively, this configuration also makes it possible to reduce the overall mean temperature of the first fluid in the storage element 1 by reloading the cold fluid storage part with a low efficiency before activating the simultaneous charging configuration with a better efficiency.
- the first fluid taken from the storage element 1, if necessary from the intermediate storage zone, has a temperature between 20 ° C and 40 ° C while the second heat exchanger 12 is configured to adjust the temperature of the second fluid between 15 ° C and 25 ° C for the latter to cool the first fluid flowing in the circuit at the first heat exchanger 14 at a temperature between a temperature below 20 ° C and a temperature of 30 ° C.
- ° C more particularly the temperature of the first fluid after its passage in the first heat exchanger will also be greater than 15 ° C to be compatible with the above-mentioned range of temperature of the second fluid
- the figure 4 illustrates an alternative embodiment of the charge configuration of the cold first fluid storage part Z1 alone (or case 2) of the figure 3 in which the heat pump 3 is added.
- the evaporator 4 of the heat pump 3 is associated with the circulation loop 11 between the pump 15 and the second exchanger 12 so as to reduce the temperature of the second fluid more efficiently, and especially even in summer when outside temperatures are incompatible with a cold charging function from aerothermal: elements 12 and 13 of the figure 3 .
- the loop 11 may comprise the derivation 11a which can be activated to prevent the passage of second fluid through the second heat exchanger 12.
- the heat pump 3 because of the operation of the heat pump 3, it is necessary to dissipate the heat from the condenser 5 of the heat pump.
- an additional loop 100 passing through the condenser 5 and comprising a pump 101 for circulating a third fluid whose direction of flow is arrow in said additional loop 100.
- the additional loop 100 is also associated with a third heat exchanger 102 associated with a fan 103 so that the fan 103 sends air to cool the third heat exchanger 102 to cool the third fluid before it passes through the condenser 5.
- this storage element 1 is intended to be used to provide calories or frigories to the building.
- the circuit 2 can adopt, as illustrated in Figures 5 and 6 , an additional configuration called distribution of the first fluid from the storage element 1 in which the heat pump 3 is deactivated (it is therefore not shown in FIG.
- circuit 2 is configured to transmit said first fluid from the storage element 1 to a distribution network 16 of the building and to receive said first fluid after it has circulated in the distribution network of the building 16 in order to inject it at least partly into the storage element 1, in particular via the ramp 7 which makes it possible to inject the first return fluid of the distribution network 16 directly into a part of the zone adapted to the temperature of said first fluid to be injected.
- the figure 5 illustrates a first state of the distribution configuration in which it will seek to provide calories to the distribution network 16, for example to heat a domestic hot water tank 17 (especially in summer and winter) and / or to heat up parts of the building (particularly in winter) via a heating system 18.
- the circuit 2 adopts a configuration such that it takes the first fluid in the first hot fluid storage portion Z2 and transfer to the network of distribution 16 before recovering it and injecting at least a part thereof into the ramp 7, and possibly as illustrated by causing a part to be re-circulated by re-injecting it after it has passed through the distribution network 16 in a connecting piece of piping the storage element 1 and the distribution network 16.
- the arrows indicate the flow direction of the first fluid.
- the first fluid taken from the first hot fluid storage portion Z2 has a temperature between 60 ° C and 80 ° C, and the first fluid returning to the circuit 2 after its journey through the distribution network 16 has a temperature between 20 ° C and 40 ° C.
- the figure 6 illustrates a second state of the distribution configuration in which it will seek to provide frigories to the distribution network 16 especially in summer, for example to cool / cool rooms of the building via the heating system 18 which is then called “reversible” .
- the arrows indicate the flow direction of the first fluid.
- the first fluid taken from the cold first fluid storage part Z1 has a temperature of between 10 ° C. and 20 ° C.
- the first fluid returning to the circuit 2 after its path in the distribution network 16 has a temperature between 20 ° C and 40 ° C.
- the first fluid is injected again into the storage element 1, in particular via the ramp 7.
- the device may comprise a control module 19 configured to select one of said configurations (among those available, that is to say at least the simultaneous charging configuration and at least one (in particular all) additional configurations described) and configured to change the flow of the first fluid within the circuit 2 so as to implement the selected configuration.
- this control module is shown by way of example by a wireless remote control 19, but any type of module for controlling the states of different components of the circuit 2 and the device can be used.
- control module 19 comprises a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the outside temperatures of day and night to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers'behavior; an indicator parameter the presence of client (s) within the building; and outputting the selected configuration.
- the representative parameter of the forecast sunlight allows, for example in summer if a strong sunlight is provided, to operate the device at night at least part of the time in charge of cold alone (especially if the outside temperature allows) to ensure a sufficient volume of the first cold fluid storage part, especially such that the volume of the first cold fluid storage part is larger than the volume of the first hot fluid storage part.
- This forecast can be determined from a suitable model, for example at the current season, or from a communication to a database (for example a weather website) containing the appropriate information.
- the parameter representative of the cost of the electricity used in case of fluctuations of the latter over time can make it possible to adapt the charging strategy of the storage element with a view to limiting costs. This is particularly advantageous in the case where the rates fluctuate according to the days: one adapts thus the control according to the costs and the returns of the load.
- the representative parameter of the behavior of the customers can be used in order to anticipate the habitual behaviors of the customers according to the climatic conditions (for example via a self-adaptive system which evaluates and evolves according to the uses). For example, by using a behavioral study of clients associated with a past day, it is possible to anticipate the needs if one knows in advance that the conditions of this past day will recur.
- This presence data can be transmitted to a man-machine box, for example via a smart mobile phone "Smartphone” or by using a calendar of presence.
- control strategy for selecting the configuration of circuit 2 aims to store heat and / or cold when needed, and to optimize their costs by integrating the efficiency of the circuit.
- heat pump 3 the cost of electricity, any energy losses over time.
- This steering strategy may then need to define the sequencing of the heat / cold supply during the day to limit the frequency with which the first hot and cold fluid will mix in the pipes (domestic hot water tank charging during the period when the need for heating and cooling "domestic Will not be present), and need to know the projected need in future weeks and the future cost of energy (availability of energy sources, costs) and needs.
- the forecast can use a tool incorporating the parameters listed above, and in addition able to calculate thermal flows that will be requested in the coming days within the building, the tool can also implement a calculation method to define the best economical solution to meet the demand for hot / cold requested in the coming days, and apply this method to define the operating strategy of the device.
- the figure 7 illustrates a particular diagram of implementation of the device in which the circuit 2 comprises an output S1 connected to an input E1 of the distribution network 16 of the building (or intended to be connected to the input E1 of the distribution network 16 of the building when the device does not include the building network) and an input E2 connected to an output S2 of the distribution network 16 of the building (or intended to be connected to the output S2 of the distribution network 16 of the building when the device does not include the building network 16).
- the circuit 2 then comprises a first section T1 connected, on the one hand, to the storage element 1 (in particular to the ramp 7) and, on the other hand, to the input E2 of the circuit 2, this first section T1 comprises a first pump 6, a first branch 20 formed in parallel with the first pump 6, said first branch 20 being able to adopt a closed state or an open state.
- the circuit 2 also comprises a second section T2 connected, on the one hand, to the storage element 1 at the first fluid storage part Z2.
- the circuit 2 further comprises a third section T3 connected, on the one hand, to the first section T1 and, on the other hand, to the second valve 24, said third section T3 being associated with the condenser 5 of the heat pump 3.
- the circuit 2 also comprises a fourth section T4 connected on the one hand to the first section T1, preferably between the first pump 6 and the third section T3, and on the other hand to a third valve 26.
- the device further comprises the loop circulation 11 of the second fluid, especially brine, this loop 11 having a fourth pump 15 for circulating the second fluid so that it cooperates successively with the evaporator 4 of the heat pump 3 then the second air heat exchanger 12 to increase its temperature, in particular coupled to a fan 13, then the first heat exchanger 14 also associated with the fourth section T4, before returning to the evaporator
- the circuit 2 also comprises a fifth section T5, comprising the third valve 26, connected, on the one hand, to the storage element 1 at the first cold storage part Z1 and, on the other hand, second part T2 between the first valve 21 and the second pump 22 (or more particularly the second bypass 23).
- the circuit 2 comprises a sixth section T6 connected, on the one hand, to the first section T1 and, on the other hand, to the first valve 21.
- the device can then of course comprise a control module (for example the control 19) for controlling the states of the first, second, third and fourth pumps, the state of the first and second branches, the state of the first, second, third and the state of the heat pump 3 as a function of a desired configuration of the circuit 2.
- Each of the sections further comprises one or more pipe elements for guiding the circulation of the first fluid in the circuit 2, these piping elements connecting the various components (pumps, valves, heat exchangers, evaporator, condenser, etc.) or sections between them.
- the device may comprise the additional loop 100 associated with the condenser 5 for taking heat and the pump 101 forms a fifth pump for circulating a third fluid in said additional loop 100.
- the additional loop 100 is associated with the third heat exchanger 102 also combined with a fan 103 so that the fan 103 sends air to cool the third heat exchanger 102 to cool the third fluid before it passes through the condenser 5.
- the condenser 5 is configured to selectively cooperate if necessary either with the first fluid or with the third fluid according to the configuration of the circuit, for this it may comprise adapted inputs and outputs associated with the circuit 2 and the additional loop 100, the skilled person will be able to adapt the device as needed to perform this function of condenser capable of cooperating with two separate fluids (other than the refrigerant of the pump to heat).
- the first pump 6 can adopt a first state in which it pumps the first fluid from the storage element 1 to propel it in a corresponding part of the first section T1, and a second state in which it is stopped and prevents the first fluid from crossing it.
- the second pump 22 can adopt a first state in which it pumps the first fluid from the storage element, in particular from the first hot fluid storage part Z2, to propel it into a corresponding part of the second section T2, and a second state in which it is stopped and prevents the first fluid from passing through it.
- the third pump 25 can adopt a first state in which it pumps the first fluid from a corresponding portion of the second section T2 to inject it into the distribution network 16, and a second state in which it is stopped and prevents the first fluid from passing through it and thus prevents the distribution of first fluid in the network 16.
- the first branch 20 and the second branch 23 may each have a first closed state - where no fluid passes - and a second open state - thus allowing the fluid to pass.
- the first valve 21 can adopt a first state in which it passes the first fluid at its level in the second section T2 while preventing the fluid communication at its level between the second section T2 and the sixth section T6, a second state in which it passes from the first fluid to its level in the second section and allows the injection of first fluid in the second section from the sixth section T6, and a third state in which the first fluid does not flow through the first valve 21
- the second valve 24 can adopt a first state in which it allows the first fluid to pass at its level in the second section and in which it prevents the fluidic communication from the third section T3 to the second section T2, a second state in which it passes from the first fluid from the third section T3 in only part of the second section T2 in say ction of the storage element and preventing the flow of first fluid towards the third pump 25, and a third state in which the first fluid does not flow through the second valve 24, the second valve 24 can then be a three-way type valve.
- the third valve 26 can adopt a first state in which the first fluid does not flow through the third valve 26, a second state in which it allows the circulation of first fluid from the cold first storage portion Z1 of the storage element 1 to the second section T2 by preventing fluid communication between the fifth section T5 and the fourth section T4, and a third state in which the first fluid from the fourth section T4 is injected into a first portion of the fifth section T5 in directing the cold fluid first storage part while preventing the injection of a first fluid in a second portion of the fifth section T5 connecting the third valve 26 to the second section T2.
- the heat pump 3 may comprise an active state in which it operates (that is to say that the refrigerant circulates and passes successively by the compressor 3a, the condenser 5, the expander 3b and the evaporator 4 before back through the compressor) and an inactive state in which it is stopped.
- the loop of circulation 11 may comprise an active state in which the second fluid circulates within the loop (in this case the fourth pump 15 is active and the second fluid cooperates successively with the evaporator 4, if necessary the second heat exchanger 12, and the first heat exchanger 14 before cooperating again with the evaporator) and an inactive state in which the second fluid does not circulate within the loop 11.
- the additional loop 100 may include an active state wherein the third fluid flows through the condenser 5, then the fifth pump 101 which propels it, then through the third heat exchanger 102 while the fan 103 is active to ventilate air on the third heat exchanger, the additional loop 100 may also include an inactive state in which the third fluid does not flow.
- FIGs 8 to 13 take over the elements of the figure 7 and allow to illustrate the different configurations.
- the pipe elements in which the first fluid does not flow have been dotted, and for those remained in solid lines, they have been arrowed to indicate the direction of flow of the first fluid.
- the loops 11 and 100, and the heat pump 3 are inactive dotted lines are present at their level.
- figure 8 represents the device in which the circuit 2 is in its simultaneous charge configuration of the cold first fluid storage Z1 and the first hot fluid Z2 storage portions.
- the figure 9 represents the device in which the circuit 2 is in its charging configuration of the first hot fluid first storage part Z2
- the figure 10 represents the device in which the circuit 2 is in its charging configuration of the cold first fluid storage part Z1 alone in the case 1.
- the Figures 11 and 12 illustrate the configuration of the circuit 2 for the distribution of the first fluid in the distribution network 16 of the building.
- the distribution network 16 includes a fourth valve 28 allowing either to supply first fluid the domestic hot water tank 17 and / or a heating system 18 for heating parts of the building ( figure 11 first distribution state), that is to supply the cold system with the first fluid 18 to cool parts of the building ( figure 12 - second state of distribution).
- the figure 13 illustrates the device in which the circuit 2 is in its charging configuration of the cold first fluid storage part Z1 only in the case 2. Note that in the case where the loop 11 is in the active state of figures 8 and 13 , the branch 11a is shown inactive but can be activated if necessary to bypass the second exchanger 12.
- the invention also relates to a building device management method, said device comprising the storage element 1 of the first fluid.
- This method may in particular use the device described above in the context of the implementation of its steps.
- this method comprises a first mode of operation comprising a simultaneous charging step E1 ( figure 14 ) a first cold fluid storage part Z1 within the storage element 1 and a first hot fluid storage part Z2 within the storage element 1, said simultaneous charging step E1 comprising a sampling step E1-1 of the first fluid from the storage element 1 so as to circulate it in the circulation circuit 2 of the first fluid and a step E1-2 of using a heat pump 3 comprising a condenser 5 and an evaporator 4, including the evaporator 4 forms a cold source participating in the charge of the cold first fluid storage portion Z1 and the condenser 5 forms a hot source participating in the charge of the party storage of first hot fluid Z2.
- the control step E5 may comprise the use of a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the day and night temperatures to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building; and outputting the selected operating mode.
- a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the day and night temperatures to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building; and outputting the selected operating mode.
- the device and method described above are linked in such a way that everything that has been said in association with the device can be applied to the process and vice versa.
- the device and method described above allow from a suitable storage element to provide heating to the building in winter, refrigeration to the building in summer and hot water heating in any season. They therefore allow great adaptability.
- building used in the present description is to be taken in the broad sense in the sense that it can cover one or more dwellings, one or more offices, as well as applications in buildings of industrial sites such as clean rooms or buildings requiring both heated zones and cooled zones (for example in agro-food buildings).
- Gray water is "lukewarm" water discharged for example in the evacuation of a shower and which can cooperate with a heat exchanger connected to the circuit, for example at the second pipe element 9 upstream of the condenser 5 of the figure 2 to heat the first fluid before the latter passes through the condenser 5.
- the invention may relate to an installation comprising a building provided with a fluid distribution network (the first fluid) in particular for heating and / or cooling said building, and the device such as described connected to the distribution network for distributing the fluid (the first fluid) from the storage element within the distribution network.
- the installation may comprise a module configured to implement the method as described.
Abstract
Le dispositif pour bâtiment comprend un élément de stockage (1) d'un premier fluide, un circuit (2) de circulation du premier fluide relié audit élément de stockage (1), et une pompe à chaleur (3) comprenant un évaporateur (4) et un condenseur (5). Le circuit (2) comporte au moins une configuration de charge simultanée d'une partie de stockage de premier fluide froid (Z1) au sein de l'élément de stockage (1) et d'une partie de stockage de premier fluide chaud (Z2) au sein de l'élément de stockage (1). Dans la configuration de charge simultanée, la pompe à chaleur (3) est configurée pour former une source froide au niveau de l'évaporateur (4) destinée à participer à la charge de la partie de stockage de premier fluide froid (Z1) et une source chaude au niveau du condenseur (5) destinée à participer à la charge de la partie de stockage de premier fluide chaud (Z2) lorsque du premier fluide issu de l'élément de stockage (1) est mis en circulation dans le circuit (2).The building device comprises a storage element (1) for a first fluid, a circulation circuit (2) for circulating the first fluid connected to said storage element (1), and a heat pump (3) comprising an evaporator (4). ) and a condenser (5). The circuit (2) has at least one simultaneous charge configuration of a cold first fluid storage portion (Z1) within the storage element (1) and a first hot fluid storage portion (Z2 ) within the storage element (1). In the simultaneous charging configuration, the heat pump (3) is configured to form a cold source at the evaporator (4) for participating in the charge of the cold first fluid storage portion (Z1) and a a hot source at the condenser (5) for taking part in the charge of the first hot fluid storage part (Z2) when the first fluid from the storage element (1) is circulated in the circuit (2 ).
Description
L'invention est relative au domaine de la gestion thermique au sein d'un bâtiment.The invention relates to the field of thermal management within a building.
Plus particulièrement, l'invention s'intéresse à un dispositif comprenant un élément de stockage configuré pour stocker du chaud et du froid, et à au moins une méthode pour charger des parties de stockage de premier fluide froid et de premier fluide chaud, notamment en vue de satisfaire les besoins au niveau du bâtiment.More particularly, the invention is concerned with a device comprising a storage element configured to store hot and cold, and at least one method for charging cold fluid first and first hot fluid storage parts, in particular to meet the needs at the building level.
Dans le domaine du bâtiment, il existe des besoins tels que le chauffage ou le refroidissement du bâtiment, par exemple pour améliorer le confort des occupants du bâtiment, ou encore pour des raisons techniques dans des bâtiments à vocation tertiaire, et/ou tels que la fourniture d'eau chaude sanitaire au sein du bâtiment. Dans certains cas, ces besoins de régulation de température peuvent être précis comme dans les hôpitaux ou les laboratoires.In the building sector, there are needs such as heating or cooling the building, for example to improve the comfort of the building occupants, or for technical reasons in tertiary buildings, and / or such that the supply of domestic hot water within the building. In some cases, these temperature control needs may be accurate as in hospitals or laboratories.
Pour cela, il est notamment connu des systèmes de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire par thermopompe et capteur solaire tels que décrits dans le document
Il existe aussi des solutions permettant un stockage fractionné de chaleur et de froid au sein de compartiments distincts comme décrit dans le document
Outre ce qui a été dit ci-dessus, il existe un besoin de trouver une alternative aux solutions existantes.In addition to what has been said above, there is a need to find an alternative to existing solutions.
L'invention a pour objet un dispositif pour bâtiment présentant des caractéristiques permettant de résoudre au moins en partie les besoins identifiés ci-dessus.The subject of the invention is a building device having characteristics that make it possible to solve at least part of the needs identified above.
On tend vers cet objet grâce à un dispositif pour bâtiment, ledit dispositif comprenant un élément de stockage d'un premier fluide, un circuit de circulation du premier fluide relié audit élément de stockage, et une pompe à chaleur comprenant un évaporateur et un condenseur, et en ce que le circuit comporte au moins une configuration de charge simultanée d'une partie de stockage de premier fluide froid au sein de l'élément de stockage et d'une partie de stockage de premier fluide chaud au sein de l'élément de stockage, dans la configuration de charge simultanée la pompe à chaleur est configurée pour former une source froide au niveau de l'évaporateur destinée à participer à la charge de la partie de stockage de premier fluide froid et une source chaude au niveau du condenseur destinée à participer à la charge de la partie de stockage de premier fluide chaud lorsque du premier fluide issu de l'élément de stockage est mis en circulation dans le circuit.It tends towards this object through a device for building, said device comprising a storage element of a first fluid, a circulation circuit of the first fluid connected to said storage element, and a heat pump comprising an evaporator and a condenser, and in that the circuit has at least one simultaneous charge configuration of a first cold fluid storage portion within the storage element and a first hot fluid storage portion within the storage element. storage, in the simultaneous charging configuration the heat pump is configured to form a cold source at the evaporator for participating in the charge of the first cold fluid storage portion and a hot source at the condenser for participating in the charging of the first hot fluid storage part when the first fluid from the storage element is circulated in the circuit.
Notamment, dans la configuration de charge simultanée de la partie de stockage de premier fluide chaud et de la partie de stockage de premier fluide froid, le circuit peut être configuré de telle sorte que, lorsque le premier fluide issu de l'élément de stockage est mis en circulation dans le circuit, une première fraction dudit premier fluide circulant dans le circuit subie une élévation de température induite par l'utilisation de la pompe à chaleur avant d'être introduite dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud, et une deuxième fraction du premier fluide circulant dans le circuit subie une diminution de température induite par l'utilisation de la pompe à chaleur avant d'être introduite dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid.In particular, in the simultaneous charge configuration of the first hot fluid storage part and the first cold fluid storage part, the circuit can be configured such that when the first fluid from the storage element is put into circulation in the circuit, a first fraction of said first fluid flowing in the circuit undergoes a temperature rise induced by the use of the heat pump before being introduced into the storage element at the storage portion of a first hot fluid, and a second fraction of the first fluid flowing in the circuit undergoes a decrease in temperature induced by the use of the heat pump before being introduced into the storage element at the storage portion of the first cold fluid.
Selon une mise en oeuvre, le dispositif peut comporter une boucle de circulation d'un deuxième fluide, ladite boucle étant associée : à l'évaporateur de la pompe à chaleur de sorte à refroidir le deuxième fluide lorsque la pompe à chaleur est utilisée ; et à un premier échangeur thermique par lequel passe, dans la configuration de charge simultanée, la deuxième fraction du premier fluide de telle sorte que ladite deuxième fraction du premier fluide subisse, au niveau dudit premier échangeur thermique, ladite diminution de température liée à l'utilisation de la pompe à chaleur à l'aide du deuxième fluide après son passage par l'évaporateur.According to one embodiment, the device may comprise a circulation loop of a second fluid, said loop being associated with: the evaporator of the heat pump so as to cool the second fluid when the heat pump is used; and a first heat exchanger through which, in the simultaneous charge configuration, the second fraction of the first fluid such that said second fraction of the first fluid undergoes, at said first heat exchanger, said decrease in temperature related to the use of the heat pump with the second fluid after passing through the evaporator.
Notamment, ladite boucle est associée à un deuxième échangeur thermique, notamment associé à un ventilateur, destiné à réchauffer le deuxième fluide après sa coopération avec l'évaporateur de la pompe à chaleur et avant le passage dudit deuxième fluide dans le premier échangeur thermique.In particular, said loop is associated with a second heat exchanger, in particular associated with a fan, for heating the second fluid after its cooperation with the evaporator of the heat pump and before the passage of said second fluid in the first heat exchanger.
Selon une mise en oeuvre, dans la configuration de charge simultanée, et lorsque le premier fluide issu de l'élément de stockage est mis en circulation dans le circuit, la pompe à chaleur comporte un fluide frigorigène circulant entre l'évaporateur de la pompe à chaleur et le condenseur de la pompe à chaleur, ladite pompe à chaleur étant configurée de telle sorte que le fluide frigorigène : libère sa chaleur au niveau du condenseur à la première fraction du premier fluide ; et prélève de la chaleur au deuxième fluide en vue que ce dernier participe au refroidissement de la deuxième fraction du premier fluide.According to one implementation, in the simultaneous charging configuration, and when the first fluid from the storage element is circulated in the circuit, the heat pump comprises a refrigerant circulating between the evaporator of the pump and the heat and condenser of the heat pump, said heat pump being configured such that the refrigerant: releases its heat at the condenser to the first fraction of the first fluid; and takes heat from the second fluid so that the latter fluid participates in cooling the second fraction of the first fluid.
Avantageusement, l'élément de stockage du premier fluide est à stratification thermique et comporte un réservoir présentant un espace rempli du premier fluide et comprenant à la fois la partie de stockage de premier fluide chaud et la partie de stockage de premier fluide froid dont les volumes sont adaptables.Advantageously, the storage element of the first fluid is thermally stratified and comprises a reservoir having a space filled with the first fluid and comprising both the first hot fluid storage portion and the first cold fluid storage portion whose volumes are adaptable.
Par exemple, l'espace du réservoir comporte une partie de stockage intermédiaire de premier fluide située entre la partie de stockage de premier fluide chaud et la partie de stockage de premier fluide froid, et dans la configuration de charge simultanée, le dispositif comporte un système de prélèvement configuré de sorte que le premier fluide issu de l'élément de stockage et circulant dans le circuit provient de la partie de stockage intermédiaire.For example, the reservoir space has a first fluid intermediate storage portion located between the first hot fluid storage portion and the first cold fluid storage portion, and in the simultaneous charge configuration, the device includes a system sampling device configured so that the first fluid from the storage element and flowing in the circuit comes from the intermediate storage part.
Selon un mode d'exécution, le circuit est apte à adopter au moins l'une des configurations additionnelles suivantes : une configuration de charge de la partie de stockage de premier fluide chaud seule dans laquelle le circuit est configuré de telle sorte que, lorsque du premier fluide issu de l'élément de stockage circule dans le circuit, ledit premier fluide circulant dans le circuit est dirigé dans le circuit de sorte à subir une élévation de température induite par le condenseur de la pompe à chaleur avant d'être introduit dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud ; une configuration de charge de la partie de stockage de premier fluide froid seule dans laquelle le circuit est configuré de telle sorte que, lorsque du premier fluide issu de l'élément de stockage circule dans le circuit, ledit premier fluide circulant dans le circuit est dirigé dans le circuit de telle sorte à subir une diminution de température provoquée par un deuxième fluide circulant dans une boucle de circulation du dispositif avant d'être introduit dans l'élément de stockage 1 au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid, dans cette configuration de charge de la partie de stockage de premier fluide froid seule la pompe à chaleur est soit désactivée, soit activée pour participer à la diminution de température ; une configuration de distribution du premier fluide issu de l'élément de stockage dans laquelle la pompe à chaleur est désactivée, et dans laquelle le circuit est configuré pour transmettre ledit premier fluide issu de l'élément de stockage à un réseau de distribution du bâtiment et pour réceptionner ledit premier fluide après qu'il ait circulé dans le réseau de distribution du bâtiment en vue de l'injecter au moins en partie dans l'élément de stockage ; et le dispositif comporte un module de pilotage configuré pour sélectionner l'une desdites configurations choisie entre la configuration de charge simultanée et l'au moins une desdites configurations additionnelles, et configuré pour modifier la circulation du premier fluide au sein du circuit de sorte à mettre en oeuvre la configuration sélectionnée.According to one embodiment, the circuit is adapted to adopt at least one of the following additional configurations: a charging configuration of the first hot fluid storage part alone in which the circuit is configured so that when first fluid from the storage element circulates in the circuit, said first fluid flowing in the circuit is directed into the circuit so as to undergo a temperature rise induced by the condenser of the heat pump before being introduced into the storage element at the first hot fluid storage portion; a charge configuration of the first cold fluid storage portion alone in which the circuit is configured such that when the first fluid from the storage element flows in the circuit, said first fluid flowing in the circuit is directed in the circuit so as to undergo a temperature decrease caused by a second fluid flowing in a circulation loop of the device before being introduced into the
En particulier, le module de pilotage comporte une fonction prenant en entrée au moins l'un des paramètres suivants : un paramètre représentatif d'un prévisionnel d'ensoleillement ; un paramètre représentatif des températures extérieures de jour et de nuit à venir ; un paramètre représentatif du coût de l'électricité utilisée en cas de fluctuation dudit coût dans le temps ; un paramètre représentatif du comportement des clients ; un paramètre indicateur de la présence de client(s) au sein du bâtiment ; et ladite fonction donne en sortie la configuration sélectionnée.In particular, the control module comprises a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the outside temperatures of day and night to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building; and said function outputs the selected configuration.
Selon une réalisation particulière, le circuit comporte une sortie destinée à être reliée à une entrée d'un réseau de distribution du bâtiment et une entrée destinée à être reliée à une sortie du réseau de distribution du bâtiment, ledit circuit comportant en outre : un premier tronçon connecté, d'une part, à l'élément de stockage et, d'autre part, à l'entrée du circuit, ce premier tronçon comporte une première pompe et une première dérivation formée en parallèle de la première pompe ; un deuxième tronçon connecté, d'une part, à l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud de l'élément de stockage, et connecté, d'autre part, à la sortie du circuit, ledit deuxième tronçon comportant entre l'élément de stockage et la sortie du circuit les éléments successifs suivants : une première vanne, une deuxième pompe associée à une deuxième dérivation formée en parallèle de la deuxième pompe, une deuxième vanne, une troisième pompe apte à envoyer, lorsqu'elle est activée, le premier fluide dans le réseau de distribution du bâtiment ; un troisième tronçon connecté, d'une part, au premier tronçon et, d'autre part, à la deuxième vanne, ledit troisième tronçon étant associé au condenseur de la pompe à chaleur ; un quatrième tronçon connecté, d'une part, au premier tronçon, de préférence entre la première pompe et le troisième tronçon, et, d'autre part, à une troisième vanne, le dispositif comportant une boucle de circulation d'un deuxième fluide, notamment de l'eau glycolée, cette boucle comportant une quatrième pompe permettant la mise en circulation du deuxième fluide de sorte à ce qu'il coopère successivement avec l'évaporateur de la pompe à chaleur, puis un deuxième échangeur thermique à air en vue d'augmenter sa température, notamment couplé à un ventilateur, puis un premier échangeur thermique associé au quatrième tronçon, avant de retourner à l'évaporateur ; un cinquième tronçon, comprenant la troisième vanne, connecté, d'une part, à l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid et, d'autre part, au deuxième tronçon entre la première vanne et la deuxième pompe ; un sixième tronçon connecté, d'une part, au premier tronçon et, d'autre part, à la première vanne ; le dispositif comportant un module de contrôle (19) configuré de sorte à commander l'état des première, deuxième, troisième et quatrième pompes, l'état des première et deuxième dérivations, l'état des première, deuxième, troisième vannes et l'état de la pompe à chaleur en fonction d'une configuration souhaitée du circuit.According to a particular embodiment, the circuit comprises an output intended to be connected to an input of a distribution network of the building and an input intended to be connected to an output of the building distribution network, said circuit further comprising: a first section connected, on the one hand, to the storage element and, on the other hand, to the input of the circuit, this first section comprises a first pump and a first branch formed in parallel with the first pump; a second section connected, on the one hand, to the storage element at the first hot fluid storage portion of the storage element, and connected, on the other hand, to the output of the circuit, said second section comprising between the storage element and the output of the circuit the following successive elements: a first valve, a second pump associated with a second branch formed in parallel with the second pump, a second valve, a third pump capable of sending, when it is activated, the first fluid in the distribution network of the building; a third section connected, on the one hand, to the first section and, on the other hand, to the second valve, said third section being associated with the condenser of the heat pump; a fourth section connected, on the one hand, to the first section, preferably between the first pump and the third section, and, on the other hand, to a third valve, the device comprising a circulation loop of a second fluid, in particular brine, this loop comprising a fourth pump for circulating the second fluid so that it cooperates successively with the evaporator of the heat pump, then a second air heat exchanger for the purpose of increase its temperature, in particular coupled to a fan, then a first heat exchanger associated with the fourth section, before returning to the evaporator; a fifth section, comprising the third valve, connected, on the one hand, to the storage element at the cold first fluid storage portion and, on the other hand, to the second section between the first valve and the second valve; pump ; a sixth section connected, on the one hand, to the first section and, on the other hand, to the first valve; the device comprising a control module (19) configured to control the state of the first, second, third and fourth pumps, the state of the first and second branches, the state of the first, second, third and third valves; state of the heat pump according to a desired configuration of the circuit.
L'invention est aussi relative à un procédé de gestion d'un dispositif pour bâtiment, ledit dispositif comprenant un élément de stockage d'un premier fluide, un tel procédé comporte un premier mode de fonctionnement comprenant une étape de charge simultanée d'une partie de stockage de premier fluide froid au sein de l'élément de stockage et d'une partie de stockage de premier fluide chaud au sein de l'élément de stockage, ladite étape de charge simultanée comprenant une étape de prélèvement de premier fluide à partir de l'élément de stockage de sorte à le mettre en circulation dans un circuit de circulation du premier fluide et une étape d'utilisation d'une pompe à chaleur comprenant un condenseur et un évaporateur.The invention also relates to a method for managing a building device, said device comprising a storage element for a first fluid, such a method comprises a first mode of operation comprising a step of simultaneously charging a part for storing first cold fluid within the storage element and a first hot fluid storage portion within the storage element, said simultaneous charging step comprising a first fluid sampling step from the storage element so as to circulate it in a circulation circuit of the first fluid and a step of using a heat pump comprising a condenser and an evaporator.
Par ailleurs, l'étape de charge simultanée peut comprendre les étapes suivantes : une étape d'élévation de la température d'une première fraction du premier fluide circulant dans le circuit induite par l'étape d'utilisation de la pompe à chaleur suivie d'une étape d'introduction de la première fraction dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud de l'élément de stockage ; une étape de diminution de la température d'une deuxième fraction du premier fluide circulant dans le circuit induite par l'étape d'utilisation de la pompe à chaleur suivie d'une étape d'introduction de la deuxième fraction dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid de l'élément de stockage.Moreover, the step of simultaneous charging can comprise the following steps: a step of raising the temperature of a first fraction of the first fluid flowing in the circuit induced by the step of using the heat pump followed by a step of introducing the first fraction into the storage element at the first hot fluid storage portion of the storage element; a step of reducing the temperature of a second fraction of the first fluid flowing in the circuit induced by the step of using the heat pump followed by a step of introducing the second fraction into the storage element at the cold first fluid storage portion of the storage element.
Selon un mode d'exécution particulier, le procédé comporte en plus du premier mode de fonctionnement, au moins l'un des modes de fonctionnement additionnels suivants : un deuxième mode de fonctionnement comprenant une étape de charge de la partie de stockage de premier fluide chaud seule comportant une étape de prélèvement de premier fluide à partir de l'élément de stockage de sorte à le mettre en circulation dans le circuit pour qu'il subisse une élévation de température induite par le condenseur de la pompe à chaleur suivie d'une étape d'introduction dudit premier fluide prélevé dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud ; un troisième mode de fonctionnement comprenant une étape de charge de la partie de stockage de premier fluide froid seule comportant une étape de prélèvement de premier fluide à partir de l'élément de stockage de sorte à le mettre en circulation dans le circuit pour qu'il subisse une diminution de température lors d'un passage dudit premier fluide prélevé dans un échangeur thermique couplé à un deuxième fluide de température inférieure à celle dudit premier fluide prélevé, suivie d'une étape d'introduction dudit premier fluide prélevé dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid de l'élément de stockage ; un quatrième mode de fonctionnement dans lequel la pompe à chaleur est désactivée, et comprenant une étape dans laquelle le circuit transmet du premier fluide issu de l'élément de stockage à un réseau de distribution d'un bâtiment et réceptionne ledit premier fluide après qu'il ait circulé dans un réseau de distribution du bâtiment en vue de l'injecter au moins en partie dans l'élément de stockage. Par ailleurs, le procédé comporte alors une étape de pilotage configurée pour sélectionner un mode de fonctionnement choisi parmi le premier mode de fonctionnement et l'au moins un mode de fonctionnement additionnel, et configurée pour mettre en oeuvre ledit mode de fonctionnement sélectionné.According to a particular embodiment, the method comprises in addition to the first mode of operation, at least one of the following additional operating modes: a second mode of operation comprising a step of charging the hot first fluid storage part only having a step of sampling the first fluid from the storage element so as to circulate it in the circuit so that it undergoes a temperature rise induced by the condenser of the heat pump followed by a step introducing said first fluid taken from the storage element at the first hot fluid storage portion; a third mode of operation comprising a step of charging the cold first fluid storage portion only comprising a first fluid sampling step from the storage element so as to circulate it in the circuit so that it undergoes a temperature decrease during a passage of said first fluid taken from a heat exchanger coupled to a second fluid of temperature lower than that of said first withdrawn fluid, followed by a step of introducing said first fluid taken from the storage element at the level of the part storing first cold fluid of the storage element; a fourth mode of operation in which the heat pump is deactivated, and comprising a step in which the circuit transmits the first fluid from the storage element to a distribution network of a building and receives said first fluid after it has circulated in a distribution network of the building for the purpose of injecting it at least partly into the storage element. Furthermore, the method then comprises a control step configured to select an operating mode selected from the first operating mode and the at least one additional operating mode, and configured to implement said selected operating mode.
En particulier, l'étape de pilotage comporte l'utilisation d'une fonction prenant en entrée au moins l'un des paramètres suivants : un paramètre représentatif d'un prévisionnel d'ensoleillement ; un paramètre représentatif des températures de jour et de nuit à venir ; un paramètre représentatif du coût de l'électricité utilisée en cas de fluctuation dudit coût dans le temps ; un paramètre représentatif du comportement des clients ; un paramètre indicateur de la présence de client(s) au sein du bâtiment, et la fonction donne en sortie le mode de fonctionnement sélectionné.In particular, the control step comprises the use of a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the day and night temperatures to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building, and the function outputs the selected operating mode.
L'invention est aussi relative à une installation comportant un bâtiment muni d'un réseau de distribution de fluide notamment destiné au chauffage et/ou au refroidissement dudit bâtiment, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif tel que décrit relié au réseau de distribution pour distribuer le premier fluide issu de l'élément de stockage au sein du réseau de distribution.The invention also relates to an installation comprising a building provided with a fluid distribution network in particular for heating and / or cooling said building, characterized in that it comprises a device as described connected to the distribution network for distributing the first fluid from the storage element within the distribution network.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- La
figure 1 illustre schématiquement un dispositif selon un mode d'exécution de l'invention dont le circuit de circulation de fluide permet une charge simultanée de parties de stockage de chaud et de froid de premier fluide au sein d'un même élément de stockage, - La
figure 2 illustre une configuration additionnelle du circuit permettant une charge seule de la partie de stockage de premier fluide chaud, - La
figure 3 illustre une configuration additionnelle du circuit permettant une charge seule de la partie de stockage de premier fluide froid, - La
figure 4 illustre une alternative de lafigure 3 , - La
figure 5 illustre un premier état d'une configuration additionnelle du circuit permettant une distribution de fluide chaud, - La
figure 6 illustre un deuxième état d'une configuration additionnelle du circuit permettant une distribution de fluide froid, - La
figure 7 illustre un dispositif comprenant un circuit particulier apte à s'adapter à différentes configurations, - La
figure 8 illustre le dispositif de lafigure 7 dans la configuration du circuit permettant une charge simultanée, - La
figure 9 illustre le dispositif de lafigure 7 dans la configuration du circuit permettant une charge de chaud seule, - La
figure 10 illustre le dispositif de lafigure 7 dans la configuration du circuit permettant une charge de froid seule, - La
figure 11 illustre le dispositif de lafigure 7 dans la configuration du circuit permettant la distribution de premier fluide chaud dans le réseau de distribution, - La
figure 12 illustre le dispositif de lafigure 7 dans la configuration du circuit permettant la distribution de premier fluide froid dans le réseau de distribution, - La
figure 13 illustre le dispositif de lafigure 7 dans une alternative de charge de la partie de stockage de premier fluide froid seule, - La
figure 14 illustre des étapes de mise en oeuvre d'un procédé selon un mode d'exécution de l'invention, - La
figure 15 illustre des étapes de mise en oeuvre d'un mode particulier de mise en oeuvre du procédé.
- The
figure 1 schematically illustrates a device according to an embodiment of the invention, the fluid circulation circuit of which allows simultaneous charging of hot and cold storage portions of the first fluid within the same storage element, - The
figure 2 illustrates an additional configuration of the circuit allowing a single charge of the first hot fluid storage part, - The
figure 3 illustrates an additional configuration of the circuit allowing a single charge of the cold first fluid storage part, - The
figure 4 illustrates an alternative of thefigure 3 , - The
figure 5 illustrates a first state of an additional configuration of the circuit for distributing hot fluid, - The
figure 6 illustrates a second state of an additional configuration of the circuit allowing a distribution of cold fluid, - The
figure 7 illustrates a device comprising a particular circuit adapted to adapt to different configurations, - The
figure 8 illustrates the device of thefigure 7 in the configuration of the circuit allowing simultaneous charging, - The
figure 9 illustrates the device of thefigure 7 in the configuration of the circuit allowing a charge of only hot, - The
figure 10 illustrates the device of thefigure 7 in the configuration of the circuit allowing a cold charge alone, - The
figure 11 illustrates the device of thefigure 7 in the configuration of the circuit allowing the distribution of first hot fluid in the distribution network, - The
figure 12 illustrates the device of thefigure 7 in the configuration of the circuit for the distribution of first cold fluid in the distribution network, - The
figure 13 illustrates the device of thefigure 7 in a charging alternative of the first cold-fluid storage part alone, - The
figure 14 illustrates steps of implementing a method according to an embodiment of the invention, - The
figure 15 illustrates steps of implementation of a particular mode of implementation of the method.
Dans ces figures, sauf précision contraire, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.In these figures, unless otherwise specified, the same references are used to designate the same elements.
Le dispositif décrit ci-après diffère de l'art antérieur en ce qu'il propose notamment l'utilisation d'un circuit de circulation d'un premier fluide associé à un élément de stockage du premier fluide, ce circuit étant configuré de sorte à autoriser une charge simultanée de chaud et de froid de l'élément de stockage. Autrement dit, l'élément de stockage présente une partie de stockage de premier fluide froid et une partie de stockage de premier fluide chaud. Ces deux parties de stockage peuvent être délimitées par deux compartiments distincts. L'élément de stockage est préférentiellement à stratification thermique et dans ce cas, l'élément de stockage à stratification thermique comporte un unique compartiment - aussi appelé réservoir - définissant un volume de stockage de premier fluide incluant notamment à la fois les parties de stockage de premier fluide chaud et de premier fluide froid. Autrement dit, la stratification thermique permet d'avoir au sein de ce même compartiment la partie de stockage de premier fluide froid et la partie de stockage de premier fluide chaud sans fractionnement dans deux compartiments distincts du premier fluide : on utilise alors le principe de la densité du fluide en fonction de sa température. Dans le cadre de l'élément de stockage à stratification thermique, on comprend que les parties de stockage de premier fluide chaud et froid sont à volumes variables dépendants de l'état du premier fluide dans l'élément de stockage.The device described below differs from the prior art in that it notably proposes the use of a circulation circuit of a first fluid associated with a storage element of the first fluid, this circuit being configured so as to allow simultaneous charging of hot and cold storage element. In other words, the storage element has a cold first fluid storage portion and a hot first fluid storage portion. These two storage portions may be delimited by two separate compartments. The storage element is preferably thermally stratified and in this case, the thermal stratification storage element comprises a single compartment - also called reservoir - defining a first fluid storage volume including in particular both the storage portions of first hot fluid and first cold fluid. In other words, the thermal stratification makes it possible to have within the same compartment the first cold fluid storage portion and the first hot fluid storage portion without fractionation in two distinct compartments of the first fluid: the principle of the first fluid is then used. density of the fluid as a function of its temperature. In the context of the thermally stratified storage element, it is understood that the hot and cold first fluid storage portions are variable volumes dependent on the state of the first fluid in the storage element.
La notion de chaud/froid est à prendre au sens large dans le sens où l'on considère que dans la partie de stockage de premier fluide froid, le premier fluide présente une température inférieure au premier fluide situé dans la partie de stockage de premier fluide chaud. En particulier, en partie de stockage de premier fluide chaud, le premier fluide présente préférentiellement une température comprise entre 60°C et 80°C, et en partie de stockage de premier fluide froid le premier fluide présente préférentiellement une température comprise entre 10°C et 20°C. Dans le cas de l'élément de stockage à stratification thermique, les parties de stockage de premier fluide chaud et de premier fluide froid peuvent être séparées par une partie de stockage intermédiaire de premier fluide notamment dont la température inférieure est supérieure à la température supérieure de la partie de stockage de premier fluide froid et dont la température supérieure est inférieure à la température inférieure de la partie de stockage de premier fluide chaud. Dans cette zone intermédiaire, le premier fluide présente une température préférentiellement comprise entre 20°C et 60°C.The notion of hot / cold is to be taken broadly in the sense that it is considered that in the cold first fluid storage part, the first fluid has a temperature lower than the first fluid located in the first fluid storage part. hot. In particular, in part of storage of first hot fluid, the first fluid preferably has a temperature between 60 ° C and 80 ° C, and in part of cold first fluid storage the first fluid preferably has a temperature between 10 ° C and 20 ° C. In the case of the thermally stratified storage element, the storage portions of first hot fluid and first cold fluid can be separated by a storage portion intermediate of first fluid in particular whose lower temperature is higher than the upper temperature of the cold first fluid storage part and whose upper temperature is lower than the lower temperature of the first hot fluid storage part. In this intermediate zone, the first fluid has a temperature preferably between 20 ° C and 60 ° C.
Par la suite, il sera utilisé les termes « charge de la partie de stockage de premier fluide froid » ou « charge de la partie de stockage de premier fluide chaud ». Par « charge de la partie de stockage de premier fluide froid », on entend l'injection/introduction dans l'élément de stockage de premier fluide présentant une température incluse dans, ou inférieure à, la gamme de température associée à la zone stockage de premier fluide froid. Lorsque l'on parle de l'introduction de premier fluide froid dans l'élément de stockage au niveau d'une partie de stockage de premier fluide froid, il s'agit d'une introduction préférentiellement directe dans cette partie de stockage de premier fluide froid, notamment en partie basse de l'élément de stockage si ce dernier est de type à stratification thermique. Par « charge de la partie de stockage de premier fluide chaud », on entend l'injection/introduction dans l'élément de stockage de fluide présentant une température supérieure à, ou incluse dans, la gamme de température associée à la partie de stockage de premier fluide chaud. Lorsque l'on parle de l'introduction de premier fluide chaud dans l'élément de stockage au niveau d'une partie de stockage de premier fluide chaud, il s'agit d'une introduction préférentiellement directe dans cette partie de stockage de premier fluide chaud, notamment en partie basse de l'élément de stockage si ce dernier est de type à stratification thermique.Subsequently, the terms "charge of the cold first fluid storage portion" or "charge of the first hot fluid storage portion" will be used. By "charge of the first cold fluid storage part" is meant the injection / introduction into the first fluid storage element having a temperature included in, or less than, the temperature range associated with the storage zone of the first fluid. first cold fluid. When we speak of the introduction of first cold fluid into the storage element at a cold first fluid storage part, it is a preferentially direct introduction into this first fluid storage part. cold, especially in the lower part of the storage element if the latter is of thermal stratification type. By "charge of the hot first fluid storage part" is meant the injection / introduction into the fluid storage element having a temperature greater than, or included in, the temperature range associated with the storage portion of the first fluid storage part. first hot fluid. When we speak of the introduction of first hot fluid into the storage element at a first hot fluid storage part, it is a preferentially direct introduction into this first fluid storage part. hot, especially in the lower part of the storage element if the latter is of thermal stratification type.
Le premier fluide stocké dans l'élément de stockage pourra, selon les besoins, être utilisé dans un réseau de distribution d'un bâtiment (individuel ou collectif) pour par exemple chauffer de l'eau chaude sanitaire, circuler dans un système de chauffage ou de climatisation du réseau de distribution, etc.The first fluid stored in the storage element may, depending on the needs, be used in a distribution network of a building (individual or collective) to for example heat domestic hot water, circulate in a heating system or air conditioning distribution network, etc.
La
Dans la présente description, par « circulation d'un fluide », notamment du premier fluide, on entend un mouvement ou un écoulement du premier fluide en particulier au sein du circuit 2.In the present description, by "circulation of a fluid", in particular of the first fluid, is meant a movement or a flow of the first fluid in particular within the
Dans l'exemple illustré, il est montré l'élément de stockage 1 de type à stratification thermique comprenant préférentiellement en outre la partie de stockage intermédiaire Z3. Du fait de la densité du premier fluide dans l'élément de stockage la partie Z2 est située au dessus de la partie Z1, et le cas échéant la partie Z3 est située entre les parties Z1 et Z2.In the illustrated example, it is shown the
L'élément de stockage 1, notamment lorsqu'il est à stratification thermique, peut comporter une rampe 7 d'injection de premier fluide dans l'élément de stockage 1 ou de prélèvement de premier fluide depuis l'élément de stockage 1. La rampe 7 d'injection ou de prélèvement peut être du type permettant sélectivement de prélever du premier fluide dans une zone adaptée de l'élément de stockage 1 ou d'injecter du premier fluide dans une zone adaptée de l'élément de stockage 1. Ceci peut être mis en oeuvre par l'utilisation d'actionneurs et de capteurs de température, ou encore par des solutions techniques alternatives connues exploitant les différences de densité du premier fluide stocké dans l'élément de stockage 1 en fonction de sa température pour injecter ou prélever du premier fluide au bon endroit.The
On comprend de ce qui a été dit précédemment, que dans la configuration de charge simultanée, la pompe à chaleur 3 est agencée de telle manière que son fonctionnement induise le réchauffement d'une première fraction du premier fluide circulant dans le circuit 2 et induise le refroidissement d'une deuxième fraction du premier fluide circulant dans le circuit 2. Plus particulièrement, dans la configuration de charge simultanée de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 et de la partie de stockage de premier fluide froid Z1, le circuit 2 est configuré de telle sorte que, lorsque du premier fluide issu de l'élément de stockage 1 est mis en circulation dans le circuit 2, une première fraction dudit premier fluide circulant dans le circuit 2 subie une élévation de température induite par l'utilisation de la pompe à chaleur 3 avant d'être introduite dans l'élément de stockage 1 au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 et une deuxième fraction dudit premier fluide circulant dans le circuit 2 subie une diminution de température induite par l'utilisation de la pompe à chaleur 3 avant d'être introduite dans l'élément de stockage 1 au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid Z1. Pour mettre en oeuvre cela, le circuit 2 peut comporter, dans sa configuration de charge simultanée, un premier élément de tuyauterie 8 relié à l'élément de stockage 1, notamment à la rampe 7, et associé à la première pompe 6 permettant la mise en circulation de premier fluide dans le premier élément de tuyauterie 8. Ce premier élément de tuyauterie 8 est relié, notamment à son extrémité opposée à l'élément de stockage 1, à un deuxième élément de tuyauterie 9 destiné à recevoir la première fraction du premier fluide et coopérant avec le condenseur 5, d'où il résulte l'augmentation de température de la première fraction lorsque la pompe à chaleur 3 est active et que le premier fluide circule dans le circuit 2. Le deuxième élément de tuyauterie 9 peut comporter deux parties chacune bridée à un échangeur thermique du condenseur 5 de sorte à autoriser le passage de premier fluide au travers du condenseur et plus particulièrement de l'échangeur thermique du condenseur 5 permettant un échange thermique entre le fluide de la pompe à chaleur et le premier fluide. Après le condenseur 5, le deuxième élément de tuyauterie 9 rejoint l'élément de stockage 1, notamment en partie haute pour permettre l'introduction directe de la première fraction du premier fluide dans la partie de stockage de premier fluide chaud Z2. En outre le circuit 2, comporte dans cette configuration de charge simultanée, un troisième élément de tuyauterie 10 reliant le premier élément de tuyauterie 8 à l'élément de stockage 1. Ce troisième élément de tuyauterie 10 est destiné à recevoir la deuxième fraction du premier fluide et coopère directement ou indirectement avec l'évaporateur 4. La coopération directe du troisième élément de tuyauterie 10 avec l'évaporateur 4 (non représentée) peut être selon les cas difficile dans le sens où il existe un risque de geler la deuxième fraction du premier fluide selon la pompe à chaleur 3 utilisée. Pour éviter cela, il est préféré l'utilisation d'un élément additionnel utilisant un deuxième fluide, notamment de type eau glycolée, qui sera refroidi par l'évaporateur 4 puis éventuellement réchauffé à une température compatible avec le refroidissement souhaité de la deuxième fraction du premier fluide. Les éléments de tuyauterie de la
L'élément additionnel que peut comporter le dispositif et visé ci-dessus peut en fait être une boucle de circulation 11 du deuxième fluide (le fléchage de la
Plus particulièrement, dans la configuration de charge simultanée, et lorsque le premier fluide issu de l'élément de stockage 1 est mis en circulation dans le circuit 2, la pompe à chaleur 3 comporte un fluide frigorigène circulant entre l'évaporateur 4 de la pompe à chaleur 3 et le condenseur 5 de la pompe à chaleur 3, ladite pompe à chaleur étant configurée de telle sorte que le fluide frigorigène :
- libère sa chaleur au niveau du condenseur 5 à la première fraction du premier fluide, et
- prélève de la chaleur au deuxième fluide en vue que ce dernier participe au refroidissement de la deuxième fraction du premier fluide.
- releases its heat at the
condenser 5 to the first fraction of the first fluid, and - takes heat from the second fluid so that the latter fluid participates in cooling the second fraction of the first fluid.
Classiquement, la pompe à chaleur comporte un compresseur 3a (permettant d'augmenter la pression du fluide frigorigène) et un détendeur ou organe de détente 3b (permettant de faire baisser la pression du fluide frigorigène).Conventionally, the heat pump comprises a
Comme évoqué précédemment, l'élément de stockage 1 du premier fluide est préférentiellement à stratification thermique et comporte un réservoir 1a présentant un espace rempli du premier fluide et comprenant à la fois la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 et la partie de stockage de premier fluide froid Z1 dont les volumes sont adaptables. Autrement dit, il est possible de configurer le circuit 2 pour que la première fraction du premier fluide soit égale, plus importante, ou moins importante, que la deuxième fraction du premier fluide d'où il résulte que les charges de la partie de stockage de premier fluide froid et de la partie de stockage de premier fluide chaud puissent être adaptées selon les besoins. Par ailleurs, l'espace du réservoir peut comporter la partie de stockage intermédiaire Z3 du premier fluide située entre la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 et la partie de stockage de premier fluide froid Z1 froide, et préférentiellement, dans la configuration de charge simultanée, le dispositif comporte un système de prélèvement (la rampe 7 évoquée précédemment) configuré de sorte que le premier fluide issu de l'élément de stockage 1 et circulant dans le circuit 2 provient de la partie de stockage intermédiaire Z3, ceci permet d'utiliser une partie du premier fluide dont la température se situe entre la température de la partie Z1 et la température de la partie Z2 de sorte à équilibrer la production de chaud et froid en limitant l'apport de frigories ou de calories au premier fluide et donc en limitant la consommation électrique lors de la charge simultanée. Selon une alternative, l'élément de stockage 1 peut comporter une pluralité de compartiments de stockage 1 à stratification thermique en communication fluidique (notamment les compartiments sont de préférence en série) le circuit étant alors apte à s'adapter pour recharger l'ensemble des compartiments selon les besoins ceci pouvant réduire les coûts du fait de l'utilisation d'éléments de stockages existants.As mentioned above, the
Préférentiellement, dans la configuration de charge simultanée, la partie de premier fluide prélevée à l'élément de stockage, le cas échéant dans la zone de stockage intermédiaire, présente une première température, notamment comprise entre 20°C et 40°C, la première fraction de cette partie de premier fluide est élevée à une deuxième température, notamment comprise entre 60°C et 80°C, supérieure à la première température, et la deuxième fraction est traitée de sorte à atteindre une troisième température, notamment comprise entre 10°C et 20°C inférieure à la première température. Le deuxième fluide quant à lui est préférentiellement tel qu'à l'entrée du premier échangeur thermique 14 il présente une température comprise entre 10°C et 20°C. Ces températures sont avantageusement compatibles pour stocker du chaud et du froid en vue de le fournir à un réseau de distribution du bâtiment. Préférentiellement, la configuration de charge simultanée est mise en oeuvre en été où les besoins simultanés de chaud et de froid au sein du bâtiment peuvent être importants. Bien entendu, selon les besoins, cette configuration de charge simultanée peut aussi être mise en oeuvre au cours d'autres saisons.Preferably, in the simultaneous charge configuration, the part of the first fluid taken from the storage element, where appropriate in the intermediate storage zone, has a first temperature, in particular between 20 ° C. and 40 ° C., the first fraction of this portion of the first fluid is raised to a second temperature, especially between 60 ° C and 80 ° C, greater than the first temperature, and the second fraction is treated so as to reach a third temperature, in particular between 10 ° C and 20 ° C lower than the first temperature. The second fluid meanwhile is preferably such that at the inlet of the
La configuration visée ci-avant permet la recharge avantageuse simultanée de chaud et de froid, notamment en été, à partir d'une même phase de fonctionnement de la pompe à chaleur 3, il en résulte donc une limitation des coûts et la possibilité d'atteindre un état souhaité de l'élément de stockage plus rapidement. Par ailleurs, classiquement en rechargeant du chaud avec une aérothermie du froid est rejeté à l'air ambiant, on profite donc de ce froid rejeté pour recharger du froid sans surcoûts importants, notamment de consommation électrique.The configuration referred to above allows the advantageous simultaneous recharge of hot and cold, especially in summer, from the same operating phase of the
Dans certains cas, en fonction des besoins, il peut être nécessaire de charger seulement la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 ou la partie de stockage de premier fluide froid Z1. En ce sens, le circuit 2 peut être configuré pour adopter des configurations additionnelles, c'est-à-dire venant en complément de la configuration de charge simultanée, et permettant la mise en oeuvre de ces fonctions. En particulier, le circuit est apte à adopter au moins l'une des configurations additionnelles décrites.In some cases, depending on requirements, it may be necessary to charge only the first hot fluid storage portion Z2 or the first cold fluid storage portion Z1. In this sense, the
La
La
La
On comprend des cas 1 et 2 que dans la configuration de charge de la partie de stockage de fluide froid seule, la pompe à chaleur 3 est soit activée pour participer à la diminution de température, soit désactivée.It is understood from
Il a été décrit ci-dessus des configurations du circuit 2 permettant de gérer l'état de l'élément de stockage 1. Comme évoqué précédemment, cet élément de stockage 1 est destiné à être utilisé pour fournir des calories ou des frigories au bâtiment. Pour cela, le circuit 2 peut adopter, comme illustré en
La
La
Il résulte de toutes les configurations données ci-dessus pour le circuit 2 qu'un même dispositif peut se configurer pour les atteindre. En ce sens, le dispositif peut comporter un module de pilotage 19 configuré pour sélectionner l'une desdites configurations (parmi celles disponibles c'est-à-dire au moins la configuration de charge simultanée et au moins l'une (notamment toutes les) des configurations additionnelles décrites) et configuré pour modifier la circulation du premier fluide au sein du circuit 2 de sorte à mettre en oeuvre la configuration sélectionnée. Il en résulte donc une grande adaptabilité du dispositif par rapport aux arts antérieurs connus. Aux
Avantageusement, le module de pilotage 19 comporte une fonction prenant en entrée au moins l'un des paramètres suivants : un paramètre représentatif d'un prévisionnel d'ensoleillement ; un paramètre représentatif des températures extérieures de jour et de nuit à venir ; un paramètre représentatif du coût de l'électricité utilisée en cas de fluctuation dudit coût dans le temps ; un paramètre représentatif du comportement des clients ; un paramètre indicateur de la présence de client(s) au sein du bâtiment ; et donnant en sortie la configuration sélectionnée.Advantageously, the
Par client(s), on entend dans la présente description des personnes qui peuvent évoluer au sein du bâtiment.By customer (s), we mean in this description of people who can evolve within the building.
Le paramètre représentatif du prévisionnel d'ensoleillement permet, par exemple en été si un fort ensoleillement est prévu, de faire fonctionner le dispositif la nuit au moins une partie du temps en charge de froid seul (notamment si la température extérieure le permet) pour assurer un volume suffisant de la partie de stockage de premier fluide froid, notamment de telle sorte que le volume de la partie de stockage de premier fluide froid soit plus important que le volume de la partie de stockage de premier fluide chaud. Ce prévisionnel peut être déterminé à partir d'un modèle adapté, par exemple à la saison courante, soit à partir d'une communication vers une base de données (par exemple un site Internet de météo) contenant les informations adéquates.The representative parameter of the forecast sunlight allows, for example in summer if a strong sunlight is provided, to operate the device at night at least part of the time in charge of cold alone (especially if the outside temperature allows) to ensure a sufficient volume of the first cold fluid storage part, especially such that the volume of the first cold fluid storage part is larger than the volume of the first hot fluid storage part. This forecast can be determined from a suitable model, for example at the current season, or from a communication to a database (for example a weather website) containing the appropriate information.
Le paramètre représentatif des températures extérieures de jour et de nuit à venir peut-être déterminé par utilisation d'un modèle adapté, par exemple à la saison courante, soit à partir d'une communication vers une base de données (par exemple un site Internet de météo) contenant les informations adéquates. En connaissant un tel paramètre représentatif des températures extérieures de jour et de nuit à venir il est possible de :
- En hiver permettre de savoir quand le rendement de la boucle 11 en fonction du prix du kilowattheure de l'énergie nécessaire à l'alimenter sera plus intéressant pour charger l'élément de stockage. En effet, si la température extérieure devient trop froide, le rendement de la boucle se dégrade fortement, et il peut être intéressant de charger l'élément de stockage à un autre moment de la journée ou attendre le surlendemain si, par exemple, il reste suffisamment d'eau chaude sanitaire de disponible dans le réseau de distribution,
- En hiver choisir la configuration additionnelle de charge seule de la partie de stockage de premier fluide froid au moment où l'on sait que la température extérieure à laquelle est soumise le deuxième échangeur thermique est la plus basse (on obtient dont un meilleur rendement et donc un prix du kWh plus faible),
- Connaître le prévisionnel des températures afin de définir quelle quantité de chaleur sera à stocker en hiver pour le chauffage et en été quelle quantité de premier fluide froid il sera nécessaire de stocker pour refroidir convenablement le bâtiment la journée : on peut alors définir une stratégie de charge en chaud et en froid de l'élément de stockage.
- In winter allow to know when the yield of the
loop 11 according to the price of the kilowatt hour of the energy necessary to feed it will be more interesting to load the element of storage. Indeed, if the outside temperature becomes too cold, the efficiency of the loop deteriorates sharply, and it may be interesting to load the storage element at another time of the day or wait two days later if, for example, it remains sufficient sanitary hot water available in the distribution network, - In winter, choose the additional configuration of the single charge of the first cold-fluid storage part at the moment when it is known that the external temperature to which the second heat exchanger is subjected is the lowest (one obtains a better efficiency and therefore a lower kWh price),
- To know the forecast of the temperatures in order to define how much heat will be stored in winter for the heating and in summer how much of first cold fluid it will be necessary to store to cool appropriately the building the day: one can then define a strategy of load in hot and cold storage element.
Le paramètre représentatif du coût de l'électricité utilisé en cas de fluctuations de ce dernier dans le temps peut permettre d'adapter la stratégie de charge de l'élément de stockage dans une optique de limitation des coûts. Ceci est notamment avantageux dans le cas où les tarifs fluctuent selon les journées : on adapte ainsi le pilotage en fonction des coûts et des rendements de la charge.The parameter representative of the cost of the electricity used in case of fluctuations of the latter over time can make it possible to adapt the charging strategy of the storage element with a view to limiting costs. This is particularly advantageous in the case where the rates fluctuate according to the days: one adapts thus the control according to the costs and the returns of the load.
Le paramètre représentatif du comportement des clients peut être utilisé afin d'anticiper les comportements habituels des clients selon les conditions climatiques (par exemple via un système auto-adaptatif qui évalue et évolue selon les usages). Par exemple, en utilisant une étude comportementale des clients associée à un jour passé, il est possible d'anticiper les besoins si l'on sait à l'avance que les conditions de ce jour passé vont se reproduire.The representative parameter of the behavior of the customers can be used in order to anticipate the habitual behaviors of the customers according to the climatic conditions (for example via a self-adaptive system which evaluates and evolves according to the uses). For example, by using a behavioral study of clients associated with a past day, it is possible to anticipate the needs if one knows in advance that the conditions of this past day will recur.
Concernant le paramètre indiquant à la présence de client(s), il permet par exemple de savoir s'il y a un réel besoin de satisfaire des clients présents dans le bâtiment, ou s'il n'est plutôt pas préférable de mettre le dispositif en veille car personne ne peut profiter du confort qu'il peut procurer du fait qu'il soit vide. Cette donnée de présence peut-être transmise à un boîtier homme machine, par exemple via un téléphone mobile intelligent « Smartphone » ou encore par utilisation d'un calendrier de présence.Regarding the parameter indicating the presence of client (s), it allows for example to know if there is a real need to satisfy customers present in the building, or if it is rather not better to put the device in standby because nobody can enjoy the comfort it can provide because it is empty. This presence data can be transmitted to a man-machine box, for example via a smart mobile phone "Smartphone" or by using a calendar of presence.
Les exemples donnés en association avec les paramètres ci-dessus ne sont que des exemples d'utilisation de ces paramètres pour sélectionner la configuration du circuit. Il est clair que d'autres solutions basées sur ces mêmes paramètres pourront être élaborées en fonction des besoins.The examples given in association with the above parameters are just examples of using these parameters to select the circuit configuration. It is clear that other solutions based on these same parameters can be developed according to the needs.
En d'autres termes, la stratégie de pilotage permettant de sélectionner la configuration du circuit 2 a pour objectif de stocker de la chaleur et/ou du froid lorsqu'il y en a besoin, et d'optimiser leurs coûts en intégrant le rendement de la pompe à chaleur 3, le coût de l'électricité, les éventuelles pertes d'énergie au cours du temps. Cette stratégie de pilotage peut alors nécessiter de définir le séquencement de l'apport en chaleur/froid durant la journée afin de limiter la fréquence à laquelle le premier fluide chaud et froid se mélangera dans les tuyauteries (recharge ballon d'eau chaude sanitaire durant la période où le besoin en chauffage et réfrigération « domestique » ne sera pas présent), et nécessiter de connaitre le besoin prévisionnel dans les futurs semaines et le coût à venir de l'énergie (disponibilité des sources d'énergie, coûts) et les besoins. Le prévisionnel peut utiliser un outil intégrant les paramètres listés précédemment, et en outre apte à calculer des flux thermiques qui seront demandés dans les prochains jours au sein du bâtiment, l'outil pourra aussi mettre en oeuvre une méthode de calcul permettant de définir la meilleure solution économique afin de satisfaire l'apport de chaud/froid demandé dans les prochains jours, et appliquer cette méthode pour définir la stratégie de fonctionnement du dispositif.In other words, the control strategy for selecting the configuration of
On comprend de tout ce qui a été dit ci-dessus qu'il existe une problématique de trouver un circuit 2 équipé de composants (vannes, pompes, etc.) permettant la mise en oeuvre de tout ou partie des différentes configurations évoquées précédemment. Il est donné ci-dessous un exemple particulier préféré pouvant être mis en oeuvre. Bien entendu, cet exemple n'est pas limitatif dans le sens ou d'autres solutions pourraient être mises en oeuvres.It is understood from all that has been said above that there is a problem of finding a
La
Il résulte de ce qui a été dit ci-dessus que la première pompe 6 peut adopter un premier état dans lequel elle pompe du premier fluide issu de l'élément de stockage 1 pour le propulser dans une partie correspondante du premier tronçon T1, et un deuxième état dans lequel elle est à l'arrêt et empêche le premier fluide de la traverser. La deuxième pompe 22 peut adopter un premier état dans lequel elle pompe du premier fluide issu de l'élément de stockage, notamment à partir de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2, pour le propulser dans une partie correspondante du deuxième tronçon T2, et un deuxième état dans lequel elle est à l'arrêt et empêche le premier fluide de la traverser. La troisième pompe 25 peut adopter un premier état dans lequel elle pompe du premier fluide issu d'une partie correspondante du deuxième tronçon T2 pour l'injecter dans le réseau de distribution 16, et un deuxième état dans lequel elle est à l'arrêt et empêche le premier fluide de la traverser et donc empêche la distribution de premier fluide dans le réseau 16. La première dérivation 20 et la deuxième dérivation 23 peuvent chacune comporter un premier état fermé - où aucun fluide ne passe - et un deuxième état ouvert - laissant donc passer le fluide. La première vanne 21 peut adopter un premier état dans lequel elle laisse passer du premier fluide à son niveau dans le deuxième tronçon T2 tout en empêchant la communication fluidique à son niveau entre le deuxième tronçon T2 et le sixième tronçon T6, un deuxième état dans lequel elle laisse passer du premier fluide à son niveau dans le deuxième tronçon et autorise l'injection de premier fluide dans le deuxième tronçon depuis le sixième tronçon T6, et un troisième état dans lequel le premier fluide ne circule pas au travers de la première vanne 21. La deuxième vanne 24 peut adopter un premier état dans lequel elle laisse passer le premier fluide à son niveau dans le deuxième tronçon et dans lequel elle empêche la communication fluidique depuis le troisième tronçon T3 vers le deuxième tronçon T2, un deuxième état dans lequel elle laisse passer du premier fluide depuis le troisième tronçon T3 dans une partie seulement du deuxième tronçon T2 en direction de l'élément de stockage et en empêchant la circulation de premier fluide en direction de la troisième pompe 25, et un troisième état dans lequel le premier fluide ne circule pas au travers de la deuxième vanne 24, la deuxième vanne 24 peut alors être une vanne de type trois voies. La troisième vanne 26 peut adopter un premier état dans lequel le premier fluide ne circule pas au travers de la troisième vanne 26, un deuxième état dans lequel elle autorise la circulation de premier fluide depuis la partie de stockage de premier fluide froid Z1 de l'élément de stockage 1 vers le deuxième tronçon T2 en empêchant la communication fluidique entre le cinquième tronçon T5 et le quatrième tronçon T4, et un troisième état dans lequel le premier fluide issu du quatrième tronçon T4 est injecté dans une première partie du cinquième tronçon T5 en direction de la partie de stockage de premier fluide froid tout en empêchant l'injection de premier fluide dans une deuxième partie du cinquième tronçon T5 reliant la troisième vanne 26 au deuxième tronçon T2. Par ailleurs, la pompe à chaleur 3 peut comporter un état actif dans lequel elle fonctionne (c'est à dire que le fluide frigorigène circule et passe successivement par le compresseur 3a, le condenseur 5, le détendeur 3b et l'évaporateur 4 avant de repasser par le compresseur) et un état inactif dans lequel elle est à l'arrêt. La boucle de circulation 11 peut comporter un état actif dans lequel le deuxième fluide circule au sein de la boucle (dans ce cas la quatrième pompe 15 est active et le deuxième fluide coopère successivement avec l'évaporateur 4, le cas échéant le deuxième échangeur thermique 12, et le premier échangeur thermique 14 avant de coopérer à nouveau avec l'évaporateur) et un état inactif dans lequel le deuxième fluide ne circule pas au sein de la boucle 11. Par ailleurs, le cas échéant, la boucle additionnelle 100 peut comporter un état actif dans lequel le troisième fluide circule en passant par le condenseur 5, puis par la cinquième pompe 101 qui le propulse, puis par le troisième échangeur thermique 102 alors que le ventilateur 103 est actif pour ventiler de l'air sur le troisième échangeur thermique, la boucle additionnelle 100 peut aussi comporter un état inactif dans lequel le troisième fluide ne circule pas.It follows from what has been said above that the
Il est possible de déduire du dispositif particulier décrit ci-dessus et des différents états listés, le tableau suivant pour les différentes configurations évoquées :
Les
L'invention est aussi relative à un procédé de gestion du dispositif pour bâtiment, ledit dispositif comprenant l'élément de stockage 1 du premier fluide. Ce procédé peut notamment utiliser le dispositif décrit ci-dessus dans le cadre de la mise en oeuvre de ses étapes. En particulier, ce procédé comporte un premier mode de fonctionnement comprenant une étape de charge simultanée E1 (
Préférentiellement, l'étape de charge simultanée E1 comprend les étapes suivantes :
- Une étape d'élévation E1-3 de la température d'une première fraction du premier fluide circulant dans le
circuit 2 induite par l'étape d'utilisation E1-2 de la pompe à chaleur 3 suivie d'une étape d'introduction E1-4 de la première fraction dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 de l'élément de stockage 1, - Une étape de diminution E1-5 de la température d'une deuxième fraction du premier fluide circulant dans le
circuit 2 induite par l'étape d'utilisation E1-2 de la pompe à chaleur 3 suivie d'une étape d'introduction E1-6 de la deuxième fraction dans l'élément de stockage au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid Z1 de l'élément de stockage 1.
- A step of raising E1-3 of the temperature of a first fraction of the first fluid flowing in the
circuit 2 induced by the use step E1-2 of theheat pump 3 followed by an introduction step E1 -4 of the first fraction in the storage element at the first hot fluid storage portion Z2 of thestorage element 1, - A step E1-5 decreasing the temperature of a second fraction of the first fluid flowing in the
circuit 2 induced by the use step E1-2 of theheat pump 3 followed by an introduction step E1- 6 of the second fraction in the storage element at the first cold storage part Z1 of thestorage element 1.
En relation avec les différentes configurations du circuit décrite ci-avant, le procédé comporte (
- Un deuxième mode de fonctionnement comprenant une étape de charge E2 de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 seule comportant:
- ∘ Une étape de prélèvement E2-1 de premier fluide à partir de l'élément de stockage 1 de sorte à le mettre en circulation dans le
circuit 2 pour que ledit premier fluide prélevé subisse une élévation de température induite par le condenseur 5 de la pompe à chaleur 3 suivie d'une étape d'introduction E2-2 dudit premier fluide prélevé dans l'élément de stockage 1 au niveau de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2,
- ∘ Une étape de prélèvement E2-1 de premier fluide à partir de l'élément de stockage 1 de sorte à le mettre en circulation dans le
- Un troisième mode de fonctionnement comportant une étape E3 de charge de la partie de stockage de premier fluide froid Z1 seule, ladite étape de charge E3 comportant :
- ∘ Une étape de prélèvement E3-1 de premier fluide à partir de l'élément de stockage 1 de sorte à le mettre en circulation dans le
circuit 2 pour que ledit premier fluide prélevé subisse une diminution de température lors d'un passage dudit premier fluide prélevé dans un échangeur thermique 14 (le premier échangeur thermique visé ci-avant) couplé à un deuxième fluide de température inférieure à celle dudit premier fluide prélevé (la pompe à chaleur 3 étant soit inactive -cas 1 décrit ci-avant, soit active -cas 2 décrit ci-avant), suivie d'une étape E3-2 d'introduction dudit premier fluide prélevé dans l'élément de stockage 1 au niveau de la partie de stockage de premier fluide froid Z1 de l'élément de stockage 1,
- ∘ Une étape de prélèvement E3-1 de premier fluide à partir de l'élément de stockage 1 de sorte à le mettre en circulation dans le
- Un quatrième mode de fonctionnement dans lequel la pompe à chaleur 3 est désactivée, et comprenant une étape E4 dans laquelle le
circuit 2 transmet du premier fluide issu de l'élément de stockage 1 à un réseau dedistribution 16 du bâtiment et réceptionne ledit premier fluide après qu'il ait circulé dans le réseau dedistribution 16 du bâtiment en vue de l'injecter au moins en partie dans l'élément de stockage 1,
- A second mode of operation comprising a charging step E2 of the first hot fluid storage portion Z2 alone comprising:
- ∘ A first fluid sampling step E2-1 from the
storage element 1 so as to circulate it in thecircuit 2 so that said first fluid taken undergoes a temperature rise induced by thecondenser 5 of the pump atheat 3 followed by an introduction step E2-2 of said first fluid taken from thestorage element 1 at the first hot fluid storage portion Z2,
- ∘ A first fluid sampling step E2-1 from the
- A third mode of operation comprising a charging step E3 of the cold first fluid storage part Z1 alone, said charging step E3 comprising:
- ∘ A first fluid sampling step E3-1 from the
storage element 1 so as to circulate it in thecircuit 2 so that said first sample fluid undergoes a decrease in temperature during a passage of said first fluid taken from a heat exchanger 14 (the first heat exchanger referred to above) coupled to a second fluid of a temperature lower than that of said first withdrawn fluid (theheat pump 3 being either inactive -case 1 described above, or active -case 2 described above), followed by a step E3-2 of introducing said first fluid taken from thestorage element 1 at the level of the first cold storage part Z1 of thestorage element 1,
- ∘ A first fluid sampling step E3-1 from the
- A fourth mode of operation in which the
heat pump 3 is deactivated, and comprising a step E4 in which thecircuit 2 transmits the first fluid from thestorage element 1 to adistribution network 16 of the building and receives said first fluid after it has circulated in thedistribution network 16 of the building for the purpose of injecting it at least partly into thestorage element 1,
L'étape de pilotage E5 peut comporter l'utilisation d'une fonction prenant en entrée au moins l'un des paramètres suivants : un paramètre représentatif d'un prévisionnel d'ensoleillement ; un paramètre représentatif des températures de jour et de nuit à venir ; un paramètre représentatif du coût de l'électricité utilisée en cas de fluctuation dudit coût dans le temps ; un paramètre représentatif du comportement des clients ; un paramètre indicateur de la présence de client(s) au sein du bâtiment ; et donnant en sortie le mode de fonctionnement sélectionné. L'utilisation de ces paramètres ne sera pas décrite à nouveau puisque les mêmes principes que ceux décrits en combinaison avec le dispositif s'appliquent.The control step E5 may comprise the use of a function taking as input at least one of the following parameters: a parameter representative of a forecast of sunshine; a parameter representative of the day and night temperatures to come; a parameter representative of the cost of the electricity used in the event of fluctuation of said cost over time; a parameter representative of the customers' behavior; a parameter indicating the presence of client (s) within the building; and outputting the selected operating mode. The use of these parameters will not be described again since the same principles as those described in combination with the device apply.
Le dispositif et le procédé décrits ci-avant sont liés de telle manière que tout ce qui a été dit en association avec le dispositif peut s'appliquer au procédé et inversement.The device and method described above are linked in such a way that everything that has been said in association with the device can be applied to the process and vice versa.
Le dispositif et le procédé décrits ci-avant permettent à partir d'un élément de stockage adapté de fournir du chauffage au bâtiment en hiver, de la réfrigération au bâtiment en été et du chauffage d'eau chaude sanitaire en toute saison. Ils permettent donc une grande adaptabilité.The device and method described above allow from a suitable storage element to provide heating to the building in winter, refrigeration to the building in summer and hot water heating in any season. They therefore allow great adaptability.
Le terme bâtiment utilisé dans la présente description est à prendre au sens large dans le sens où il peut couvrir une ou plusieurs habitations, un ou plusieurs bureaux, ainsi que des applications dans des bâtiments de sites industriels comme des salles blanches ou encore des bâtiments nécessitant à la fois des zones chauffées et des zones refroidies (par exemple dans des bâtiments agro-alimentaires).The term building used in the present description is to be taken in the broad sense in the sense that it can cover one or more dwellings, one or more offices, as well as applications in buildings of industrial sites such as clean rooms or buildings requiring both heated zones and cooled zones (for example in agro-food buildings).
Dans l'exemple particulier d'un bâtiment à vocation d'habitation ou de logement, il est possible de résumer un exemple particulier du fonctionnement du dispositif de la manière suivante :
- Hiver où on peut avoir deux phases :
- ∘ Phase de recharge via l'usage d'une fonction aérothermie utilisant notamment en option une sortie VMC lorsque la température extérieure est trop froide pour le fonctionnement de la pompe à chaleur utilisant la fonction d'aérothermie, cette phase pouvant être mise en oeuvre lors : d'une période pendant laquelle le coût du kilowatt thermique est peu cher et que le stockage est moyennement déchargé (ou que le besoin futur prévisionnel sera très élevé), ou d'une période pendant laquelle l'élément de stockage est très déchargé
- Phase d'apport d'eau de l'élément de stockage vers le réseau de distribution en fonction des besoins.
- ∘ Phase de recharge via l'usage d'une fonction aérothermie utilisant notamment en option une sortie VMC lorsque la température extérieure est trop froide pour le fonctionnement de la pompe à chaleur utilisant la fonction d'aérothermie, cette phase pouvant être mise en oeuvre lors : d'une période pendant laquelle le coût du kilowatt thermique est peu cher et que le stockage est moyennement déchargé (ou que le besoin futur prévisionnel sera très élevé), ou d'une période pendant laquelle l'élément de stockage est très déchargé
- Eté où l'on peut avoir deux phases :
- Phase de recharge : l'eau « tiède du milieu de l'élément de stockage » est renvoyée vers la pompe à chaleur qui la transforme en eau chaude d'un côté et en eau froide de l'autre, cette phase pouvant être mise en oeuvre lors : d'une période pendant laquelle le coût du kilowatt thermique est peu cher et que le stockage est moyennement déchargé (ou que le besoin futur prévisionnel sera très élevé), ou d'une période pendant laquelle le stockage est très déchargé
- Phase d'apport d'eau chaude et/ou froide du stockage vers le réseau en fonction des besoins.
- Winter where we can have two phases:
- ∘ Recharge phase via the use of an aerothermal function using an optional VMC output when the outside temperature is too cold for the operation of the heat pump using the aerothermal function, this phase can be implemented during : a period during which the cost of the thermal kilowatt is inexpensive and the storage is moderately discharged (or the forecast future requirement will be very high), or a period during which the storage element is very discharged
- Phase of water supply from the storage element to the distribution network as needed.
- ∘ Recharge phase via the use of an aerothermal function using an optional VMC output when the outside temperature is too cold for the operation of the heat pump using the aerothermal function, this phase can be implemented during : a period during which the cost of the thermal kilowatt is inexpensive and the storage is moderately discharged (or the forecast future requirement will be very high), or a period during which the storage element is very discharged
- Summer where we can have two phases:
- Refill phase: the "lukewarm water from the middle of the storage element" is sent back to the heat pump which transforms it into hot water on one side and cold water on the other, this phase being able to be during a period during which the cost of the thermal kilowatt is inexpensive and the storage is moderately discharged (or the forecast future requirement will be very high), or a period during which the storage is very unloaded
- Phase of supply of hot and / or cold water from storage to the network as needed.
Plus particulièrement, une journée en hiver en utilisant un élément de stockage à stratification thermique peut se dérouler de la manière suivante :
- Au début de la matinée à 7h, l'élément de stockage 1 est tel que le volume de la partie de stockage de premier fluide chaud est maximisé, ce volume va ensuite diminuer au cours de journée d'où il va résulter une augmentation du volume de la partie de stockage de premier fluide froid Z1 du fait de l'utilisation du dispositif pour maintenir la température de l'eau chaude sanitaire et pour réaliser du chauffage dans le réseau du bâtiment : pour cela il est notamment mis en oeuvre la réalisation de la
figure 11 , - Le soir notamment à partir de 21 h ou au cours de la journée en heures creuses, on va chercher à re-maximiser le volume de la partie de stockage de premier fluide chaud Z2 pour le lendemain : pour cela il sera mis en oeuvre préférentiellement le mode de réalisation de la
figure 9 , - La nuit, s'il fait trop froid, le mode de réalisation de la
figure 9 sera mis en oeuvre mais en option une sortie de VMC du bâtiment sera orientée vers le deuxième échangeur thermique 12 pour augmenter la température de l'air et améliorer le rendement de la pompe à chaleur 3.
- At the beginning of the morning at 7 o'clock, the
storage element 1 is such that the volume of the first hot fluid storage part is maximized, this volume will then decrease during the day from which it will result in an increase of the volume of the cold first fluid storage part Z1 due to the use of the device to maintain the temperature of domestic hot water and to achieve heating in the building network: for this it is particularly implemented the realization of thefigure 11 , - In the evening especially from 21 h or during the day off-peak, we will seek to re-maximize the volume of the hot first fluid storage part Z2 for the next day: for this it will be implemented preferentially the embodiment of the
figure 9 , - At night, if it is too cold, the embodiment of the
figure 9 will be implemented but as an option a VMC output of the building will be directed to thesecond heat exchanger 12 to increase the air temperature and improve the efficiency of theheat pump 3.
Plus particulièrement, une journée en été en utilisant un élément de stockage à stratification thermique peut se dérouler de la manière suivante :
- Au début de la matinée à 7h, l'élément de stockage 1 est tel que le volume de la partie de stockage de premier fluide chaud est sensiblement égal au volume de la partie de stockage de premier fluide froid de sorte à fournir le réseau de
distribution 16 du bâtiment, au cours de journée, les parties de stockage de premier fluide chaud et froid vont être utilisées d'où il va résulter une diminution de leurs volume avec une augmentation du volume de la partie de stockage intermédiaire (on comprend donc que l'élément de stockage 1 devra être convenablement dimensionné pour permettre de satisfaire les besoins sur toute une journée) : pour cela il est notamment mis en oeuvre la réalisation de lafigure 12 , alternée avec la réalisation de lafigure 11 dans laquelle lorsque du premier fluide chaud circule dans le réseau de distribution il ne passe pas par le système 18 pour ne réchauffer que l'eau sanitaire et pas le bâtiment, - En fin de journée, il faut régénérer à la fois la partie de stockage de premier fluide chaud et la partie de stockage de premier fluide froid : ceci peut être mis en oeuvre en utilisant la configuration de la
figure 8 d'où il résulte un retour dans la situation de début de matinée, - Alternativement, en fonction des besoins au cours de la journée, il pourra être nécessaire de charger seulement la partie de stockage de premier fluide froid ou seulement la partie de stockage de premier fluide chaud : il pourra dont être mis en oeuvre au besoin la configuration de la
figure 10, 9 ,ou 13 .
- At the beginning of the morning at 7am, the
storage element 1 is such that the volume of the first hot fluid storage part is substantially equal to the volume of the first cold fluid storage part so as to provide thedistribution network 16 of the building, during the day, the first cold and hot fluid storage parts will be used from which will result a decrease in their volume with an increase in the volume of the intermediate storage part (it is therefore understood that thestorage element 1 must be suitably sized to meet the needs of a whole day): for this it is notably implemented the realization of thefigure 12 , alternated with the realization of thefigure 11 in which when the first hot fluid circulates in the distribution network it does not pass through thesystem 18 to heat only the sanitary water and not the building, - At the end of the day, it is necessary to regenerate both the first hot fluid storage portion and the first cold fluid storage portion: this can be implemented using the configuration of the
figure 8 which results in a return to the early morning situation, - Alternatively, depending on the needs during the day, it may be necessary to load only the cold first fluid storage part or only the first hot fluid storage part: it may be implemented, if necessary, the configuration of the
figure 10, 9 , or13 .
Le dispositif décrit ci-avant - ainsi que le procédé associé - peut être couplé à d'autres technologies comme par exemple la récupération des eaux grises ou l'air extrait du bâtiment par exemple pour réchauffer le deuxième fluide à sa sortie de l'évaporateur comme évoqué précédemment. Les eaux grises sont des eaux « tièdes » rejetées par exemple en évacuation d'une douche et qui peuvent coopérer avec un échangeur thermique relié au circuit, par exemple au niveau du deuxième élément de tuyauterie 9 en amont du condenseur 5 de la
Par ailleurs, on comprend aussi que l'invention peut être relative à une installation comportant un bâtiment muni d'un réseau de distribution de fluide (le premier fluide) notamment destiné au chauffage et/ou au refroidissement dudit bâtiment, et le dispositif tel que décrit relié au réseau de distribution pour distribuer le fluide (le premier fluide) issu de l'élément de stockage au sein du réseau de distribution. Notamment, l'installation peut comporter un module configuré pour mettre en oeuvre le procédé tel que décrit.Furthermore, it is also understood that the invention may relate to an installation comprising a building provided with a fluid distribution network (the first fluid) in particular for heating and / or cooling said building, and the device such as described connected to the distribution network for distributing the fluid (the first fluid) from the storage element within the distribution network. In particular, the installation may comprise a module configured to implement the method as described.
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