EP4246048A1 - Système de chauffage passif - Google Patents

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EP4246048A1
EP4246048A1 EP23162593.0A EP23162593A EP4246048A1 EP 4246048 A1 EP4246048 A1 EP 4246048A1 EP 23162593 A EP23162593 A EP 23162593A EP 4246048 A1 EP4246048 A1 EP 4246048A1
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EP
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water
tank
heat exchanger
heating system
heating
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EP23162593.0A
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German (de)
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André Batt
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Individual
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    • F24H4/02—Water heaters
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    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
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    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/40—Photovoltaic [PV] modules

Definitions

  • the present invention relates to the field of heating, particularly to the field of heating housing, houses or apartments.
  • the aim of the invention is to propose a heating system which makes it possible to dispense with combustion boilers and the use of fossil fuels.
  • thermodynamic water heater present in the heating system according to the invention is particular on the one hand in that it is dedicated to producing domestic hot water and on the other hand in that it has two heat exchangers separate heat within the water heater tank, respectively intended for the thermal treatment of water circulating in a thermal regulation circuit external to the thermodynamic water heater, namely respectively a domestic heating circuit and a photovoltaic panel cooling circuit .
  • these two heat exchangers are arranged specifically relative to each other, with the first heat exchanger, associated with the domestic heating circuit, which is in the high position in the tank and the second heat exchanger , associated with the cooling circuit of the photovoltaic cells, which is in the low position in the tank.
  • thermodynamic water heater a high position and a low position are defined in relation to a vertical direction, perpendicular to the floor of the room in which the thermodynamic water heater is located.
  • an exchanger specific to the domestic heating circuit which is in the upper part of the tank to benefit from the heating of the water by successive stratifications, with the hottest layer of water in the upper part of the tank, it being understood that the density of the water decreases with temperature.
  • an exchanger specific to the cooling of photovoltaic cells which is located in the lowest part of the tank to increase the efficiency of the exchanger, with the highest possible temperature difference between the fluid circulating in the cooling circuit and the water stored in the tank.
  • the first water/water heat exchanger in this configuration, is arranged as close as possible to the main components of the heat pump and that the first water/water heat exchanger can effectively benefit from calories provided by the operation of the heat pump.
  • the heat pump comprises at least two heat exchangers operating respectively as an evaporator and a condenser, the heat exchanger intended to operate as a condenser being arranged against a wall of the tank and above the second water/water heat exchanger.
  • the heat exchanger intended to operate as a condenser is pressed against an external face of the wall of the tank.
  • the heat exchange between the thermodynamic loop of the heat pump and the tank, to heat the water stored in the tank, is thus done by draining the calories via the metal wall of a tube of this condenser and via the wall metal of the tank.
  • the first water/water heat exchanger is pressed against an internal face of the wall of the tank.
  • the heat exchange between the fluid circulating in the domestic heating circuit and the water heater tank takes place via the metal wall of the pipe of the first water/water heat exchanger, as well as by draining the calories from the hot water stored in the tank only by draining the calories stored in the metal wall of the tank.
  • the first water/water heat exchanger has a helical shape, with an inlet and an outlet through the wall of the tank which are arranged in the vicinity of each other.
  • the inlet and outlet of the first water/water heat exchanger that is to say the two holes through the wall of the tank which allow the connection of the exchanger tube to the inside the tank to the domestic heating circuit, are arranged in an angular portion of the order of 5° to 40°, if we consider the perimeter of the tank.
  • the heat exchanger intended to function as a condenser is in the shape of a serpentine, with segments which extend regularly around the entire perimeter of the tank. These segments can extend parallel to each other and are connected by curved portions. For example, the segments can extend vertically.
  • the heat exchanger intended to operate as a condenser is at the height of the first water/water heat exchanger.
  • the vertical position of the condenser is such that the condenser covers less than part of the first heat exchanger substantially equal, with a portion of the wall of the water heater which is enclosed between the first water/heat exchanger. water present inside the tank and the condenser present outside the tank.
  • the entirety of the first water/water heat exchanger inside the tank is arranged opposite the heat exchanger intended to operate as a condenser, with the wall of the tank interposed between them.
  • the tube of the first water/water heat exchanger is flattened against the wall of the tank.
  • the tube is deformed to increase the contact surface with the tank and thus improve the transfer of calories from the tank wall to the first water/water heat exchanger.
  • the tube can in particular be flattened prior to mounting the first water/water heat exchanger inside the tank.
  • the wall of the tank is a sheet metal, the thickness of which is of the order of 2mm.
  • the thickness of the sheet metal forming the wall of the tank is advantageous here in that it allows the creation of an effective heat drain between the condenser placed against the external face of this wall and the water/water heat exchanger associated with the circuit domestic heating and placed against the internal face of this wall.
  • the system includes programmable means of nighttime shutdown of the heat pump, to preserve silence at night.
  • the water heater comprises means for programming a first set temperature and a second set temperature, higher than the first temperature for the water in the tank, and an additional electrical resistance to maintain a temperature of setpoint when the heat pump is stopped.
  • the system includes means for storing water in the reservoir a surplus of energy, thermal or calorific, produced by the housing in passive mode, using the second setpoint temperature as the setpoint temperature.
  • the system may include a controlled mechanical ventilation circuit, which includes means for taking stale air and an air/air exchanger for heating air supplied in a room where the water heater is located with calories taken from the stale air, at least part of this stale air preferably being extracted from a kitchen.
  • a controlled mechanical ventilation circuit which includes means for taking stale air and an air/air exchanger for heating air supplied in a room where the water heater is located with calories taken from the stale air, at least part of this stale air preferably being extracted from a kitchen.
  • the domestic heating circuit preferably comprises at least one fan coil comprising circulation means for the water of the heating circuit, electrical resistances and a fan, the fan being used to force convection of ambient air around the means circulation and electrical resistances.
  • the fan coil may include means for stopping the electrical resistances and/or the fan when a set temperature for a room heated by said fan coil is reached.
  • the domestic heating circuit preferably each fan coil, may include a presence detector which controls the opening of a solenoid valve to supply water to the circulation means and operate the electrical resistances and/or the fan, this detector presence being functionally associated with means for delaying the electrical supply to the solenoid valve.
  • the power supply to the solenoid valve will be delayed for a few minutes, after reaching the set temperature.
  • the fan coil may include a switch to neutralize the electrical power supply to the fan, or not be equipped with the fan.
  • the domestic heating circuit comprises, downstream, heating tubes for low temperature underfloor heating.
  • THE figures 1 And 2 illustrate an individual heating system 100 equipping a housing 200.
  • six rooms 201-206 of the housing 200 are illustrated in the figure 2 . These rooms include a living room 201, a bedroom 202, a bathroom 203, a kitchen 204, toilets 205 and a room serving as a boiler room 206.
  • Living room 201 has a French window 3 equipped with a guardrail 3A.
  • the French window is equipped with an inlet grille 5 for air from outside the home.
  • the controlled mechanical ventilation system (VMC) 10 draws in air through the grille 5 and extracts the stale air using extraction vents 11-13 arranged in the humid rooms, that is to say the bathroom 203, the kitchen 204 and the toilets 205.
  • the doors of the accommodation are offset, so that they have at the base a clearance JP, for example a clearance of one centimeter, sufficient to allow the circulation of the air in housing 200.
  • the radiator 4 is a hot water radiator supplied by the thermodynamic water heater 1, thanks to an exchanger 15 (see Figure 3 ).
  • the radiator 4 is a mixed fan coil, that is to say using both the water supplied by the water heater and electricity for heating.
  • the solar collector is a hybrid collector comprising photovoltaic cells and a water cooler, such sensors being supplied in particular by the company Dualsun.
  • the sensor provides both photovoltaic energy and heated water in the cooler, according to the black body principle.
  • Water heater 1 is installed in boiler room 206.
  • FIG. 2 illustrates more particularly air circulation circuits, in particular the VMC system.
  • the sources of heat loss mainly come from the kitchen and its household appliances, for cooking or washing dishes, and from the bathroom, through the use of the shower, the bath or through occasional overheating. of this room when in use.
  • System 1 includes an air/air exchanger 9.
  • the VMC draws stale and hot air from the kitchen, through an extraction vent 11; this stale air passes through exchanger 9 before being discharged outside the housing.
  • the fresh air supplying the air inlet 34 of the water heater also passes through the exchanger 9, in which it is heated by the stale air extracted from the kitchen. In the example illustrated in figure 2 , this fresh air is taken from bathroom 203, where it is generally less cold than in the other rooms.
  • the extraction of air in the bathroom, through a vent 12 is caused by the depression of the air inlet turbine of the heat pump of the water heater, when the latter is in operation. Particularly when the water heater is not in operation, the air is extracted from the bathroom using the VMC, through another extraction vent 13, using the VMC 10B block.
  • the cold air which leaves the water heater is rejected outside, through a conduit and a vent 8, a chimney flue or a collective column, depending on the layout of the accommodation.
  • the air circulation makes it possible to recover at least part of the calories emitted in the kitchen and the bathroom, to heat the air supplying the room where the water heater is located.
  • the use of the exchanger 9 makes it possible to recover the calories coming from the kitchen, without the greasy vapors which are evacuated to the outside of the accommodation using the VMC 10B block.
  • THE figures 3 And 4 illustrate the thermodynamic water heater 1.
  • the heat pump 41 of the water heater is in an upper part thereof; a large hot water tank 42 occupies the lower part.
  • a high position and a low position and therefore by extension the notions of superior and inferior, are defined in relation to a vertical direction, perpendicular to the floor of the room in which the thermodynamic water heater is located.
  • thermodynamic water heater 1 is used in particular to produce water for each bathroom.
  • the thermodynamic water heater 1 comprises an inlet E1 intended to be connected to a domestic water return branch and an outlet S1 intended to be connected to a domestic water supply branch of the house.
  • the outlet S1 is advantageously arranged in the high position to promote the exit of hot water.
  • the heat pump 41 conventionally consists of a thermodynamic loop with two heat exchangers, respectively playing the role of evaporator 410 and condenser 412, an expander 414 and a compressor 416, and a refrigerant intended to circulate in the loop thermodynamics and each of these components.
  • the heat exchanger intended to play the role of evaporator 410 and which will be called evaporator in the remainder of the description for ease of reading, is arranged on the air path to recover calories from the fresh air coming via the air inlet 34 and being evacuated through the mouth 8.
  • the heated refrigerant is partially vaporized and the compressor 416 then has the function of raising the pressure of the refrigerant so that it enters in the gaseous state in the heat exchanger intended to play the role of condenser 412, and which may be called condenser in the remainder of the description for easier reading.
  • the condenser 412 is placed near the tank 42 of the thermodynamic water heater 1 to discharge its calories into the water stored in the tank.
  • the refrigerant leaving the condenser 412 is partially liquefied and the presence of the expander 414 between the condenser 412 and the evaporator 410 makes it possible to reduce the pressure of the fluid and to liquefy it so that it can pass through the evaporator again. 410 and start a new thermodynamic cycle.
  • the heat exchanger intended to play the role of condenser 412 is more particularly arranged to the exterior of a wall 420 delimiting the tank 42 of the water heater, in contact with this wall 420.
  • thermodynamic water heater 1 comprises two water/water exchangers 15, 16 which respectively comprise an exchange surface housed inside the tank 42 of the water heater.
  • a first water/water exchanger 15 ensures the hot water supply to the domestic heating network 15R where the water is propelled by a circulator C1.
  • the tank 42 further comprises a first temperature probe T1, making it possible to check that the temperature of the water present in the tank complies with a first set temperature t1 for the heating network 15R.
  • the tank 42 also includes a second temperature probe or thermo-contact T2, making it possible to check that the temperature of the water present in the tank 4 complies with a second set temperature t2 for domestic hot water, generally close to sixty degrees Celsius, temperature sufficient to destroy salmonella.
  • the second temperature probe T2 is arranged at a lower level in the tank compared to the first temperature probe T1.
  • a second water/water heat exchanger 16 ensures the cooling of the hybrid solar panels 2, in a circuit 16R where the water is propelled by a circulator C2.
  • This second water/water heat exchanger 16 also makes it possible to heat the water in the tank 42.
  • the circuit 16R is connected to an inlet E3 of the second water/water exchanger 16 and the fluid from this cooling circuit comes out cooled at the outlet S3 of the second water/water exchanger. It is notable that the inlet E3 of the second water/water exchanger 16 is arranged higher in the tank than the outlet S3 of this second water/water exchanger, to benefit from the stratification of the temperature of the water stored in the tank. and optimize the efficiency of heat exchange.
  • This vertical positioning of one water/water heat exchanger relative to the other depends on their thermal purpose. It is on the one hand desired by the inventors that the first water/water heat exchanger 15 be placed in the upper part of the tank to benefit from the stratification of the water temperature in the tank, and bathe in the part of the tank where the water is the hottest, since this first water/water heat exchanger 15 has the function of recovering calories to supply the domestic heating circuit. It is also desired, conversely, that the second water/water heat exchanger 16 be located in the lowest part of the tank, where the water is coldest, to increase the efficiency of the thermal exchange between the water stored in the tank and the fluid to be cooled for the proper functioning of the photovoltaic panels.
  • thermodynamic water heater is configured so that the first water-water heat exchanger 15, arranged at the top of the tank 42, interacts with the condenser of the heat pump, to allow more efficient transmission of the calories taken from the fluid refrigerant within the condenser towards the water circulating within the first water-water heat exchanger 15. This interaction will be described in more detail below with reference to the figures 6 to 8 .
  • the water heater comprises a control panel 18 for adjusting the first set temperature t1 in the heating circuit, for example in a range between twenty-five and fifty degrees Celsius.
  • This probe can be replaced by a thermo-contact set to forty degrees Celsius, which is a good compromise.
  • the control panel is equipped with a clock and a calendar, to program the start and end times of operation of the heat pump 41, for each day of the week, according to the habits of the inhabitants of the home.
  • We favor daytime operation in order to preserve the silence of the night, and to have optimized operation of the heat pump 41 during the day.
  • An additional resistor 17 is installed in the center of the tank; it makes it possible to reach or maintain the set temperatures when the pump 41 is stopped, for example at night.
  • a suction duct 34 draws ambient air into the boiler room.
  • This sheath 34 is equipped with a third temperature probe which measures the temperature t3 of the air resulting from a mixture of the various air samples in the housing, in the heated rooms, generally at a temperature greater than or equal to 19 °C, in rooms, generally at a recommended temperature of 17°C, in unheated rooms, air coming from the VMC and air entering through grille 5.
  • the sheath 34 can be equipped with a thermo-contact T3, set at a set temperature t3 close to 17°C.
  • the heating is in passive mode.
  • the energy contribution from solar radiation, the recovery of losses from windows, VMC and the passive energy from solar collectors are sufficient resources to ensure heating of the home beyond the threshold of 17°C.
  • the measurement of the third temperature probe T3 allows switching to passive heating mode. This operating mode is used to increase the set temperature from value t1 to value t2. This makes it possible to store the surplus passive heat, which is then used for heating the hot water in the tank 42.
  • FIG 4 illustrates the connection of the solar collectors 2 to the second water/water exchanger 16 of the water heater 1, located at the bottom of the tank.
  • the sensors are arranged in a position close to vertical, to benefit from optimized sunshine in winter, when the sun is low on the horizon.
  • the surface of the solar collectors is calculated to generate an electricity production equivalent to or greater than that consumed by the water heater, in particular by the heat pump, so that its operation is substantially free.
  • a surface area of photovoltaic collectors of five square meters with an efficiency of eighteen percent is sufficient to power a 900 watt heat pump.
  • FIG. 3 further illustrates the connection of the fan coils 4 to the water heater 1.
  • These fan coils are of mixed type, that is to say they use both the circulation of hot water in the heating circuit 15R and an electrical resistance.
  • a room thermostat 30 installed in a living room or a corridor controls the hot water circulator C1; a fine adjustment of the temperature is carried out by an individual thermostat 27 specific to each radiator 4 associated with a thermostatic valve 28.
  • each individual thermostat 27 is programmable remotely, using a telephone or a computer, via a home wireless network or via the Internet.
  • each radiator is also equipped with a wide-field presence detector 29, active when the thermostat is in the heating position.
  • the detector activates the heating; a time delay is advantageously set at thirty minutes.
  • the detector can control a solenoid valve 31 in the heating circuit 15R, at the inlet or outlet of the radiator 4 (see Figure 5 ) which opens when presence is detected and which closes at the end of the delay period.
  • each radiator is a fan coil; it includes a water circulation 36 which is part of the heating network 15R, electrical resistances 37 and a fan 32.
  • the detector 29 triggers the fan 32 and the electrical resistances 37, which makes it possible to quickly reach a set temperature in the room; as soon as this temperature is reached, the fan is turned off.
  • the resistances are turned off at the same time as the fan.
  • the fan By stirring the air through the resistances 37 and the circulation 36, the fan improves the heat transfer of these two heat sources 36, 37 with the ambient air.
  • these two heat sources When these two heat sources are activated simultaneously, they allow a very rapid rise in temperature of the heated room; the mixing of the air by the fan allows for a uniform and pleasant temperature, even before the set temperature is reached.
  • the heating network 15R comprises heating tubes 39 in the floor of the housing. This allows low temperature underfloor heating and optimizes the efficiency of the heat pump 41.
  • the first water/water heat exchanger 15 is arranged at the top of the tank 42.
  • the figures 6 to 8 illustrate a particular arrangement of a thermodynamic water heater according to the invention in which the condenser 412 of the heat pump 41 equipping this thermodynamic water heater 1 is arranged in the vicinity of the first water/water heat exchanger 15.
  • FIG. 6 schematically illustrates an upper part of the thermodynamic water heater 1 and the associated heat pump 41.
  • the evaporator 410, the expander 414 and the compressor 416 are represented schematically.
  • the tank 42 is delimited by the wall 420, which presents as visible on the figure 8 , an internal face 421 facing the inside of the tank and intended to be in contact with the water and an external face 422 facing the opposite.
  • the heat exchanger intended to operate as a condenser 412 is arranged around the tank 42 and more particularly in contact with the external face 422 of the wall 420.
  • the condenser 412 has the shape of a serpentine, with segments 413 which extend along the wall 420, here vertically without this being limiting to the invention, and rounded return portions between two adjacent segments, one of the segments forming an inlet segment connected to the compressor 416 and another of the segments forming an outlet segment connected to the regulator 414.
  • the inlet segment and the outlet segment are adjacent and the condenser extends circumferentially around the entire perimeter of the wall 420.
  • the condenser 412 extends against the external face 422 of the wall 420 of the tank 42 over a height, or vertical dimension, which is defined by the vertical dimension of each segment 413.
  • the first water-water heat exchanger 15 located at the top of the tank 42, extends vertically in a high portion of the tank which is the same as that where the condenser 412 extends. As illustrated, the The entirety of the first water/water heat exchanger 15 is contained vertically in the volume defined by the heat exchanger intended to function as a condenser and extending along the wall of the tank, with the wall of the tank interposed between them.
  • the inlet E2 of the first water-water heat exchanger 15 is offset vertically relative to the outlet S2 of the first water-water heat exchanger 15, so that the tube of the first water-water heat exchanger 15 has a helical shape following the internal face of the tank wall.
  • FIG. 7 illustrated in a sectional view, along the horizontal plane VII-VII of the Figure 6 , the arrangement of the first water/water heat exchanger 15, intended to be connected to the domestic heating circuit, and the heat exchanger intended to operate as a condenser 412, on either side of the wall 420 of the tank 42. More particularly, this Figure 7 makes visible a characteristic of the invention according to which a portion of the wall 420 of the tank is enclosed between the first water/water heat exchanger 15 and the condenser 412, with the internal face 421 which is in direct contact with the tube of the first exchanger water/water heat exchanger 15 connecting the inlet E2 to the outlet S2 and with the external face which is in direct contact with at least the segments of the condenser 412.
  • the wall 420 of the tank is a sheet metal.
  • the thickness of the sheet forming the wall is of the order of 2mm.
  • the metal wall of the tank surrounded by the condenser 412, which absorbs the calories released by the refrigerant circulating in the segments of this condenser and, in particular due to the small thickness of the sheet forming the wall of the tank, the calories absorbed by this metal wall are directly redistributed to the water present in the first water-water heat exchanger 15 through the tube of this first heat exchanger.
  • the inventors were able to observe that the efficiency of the thermodynamic water heater according to the invention was much better with the double stage of direct metallic contact between the condenser 412 of the heat pump 41 and the first water/water heat exchanger 15, through the tank wall, rather than with water stored in the tank as an intermediary, water being significantly less conductive than metal for heat transfer.
  • FIG. 8 illustrates the thermal drain formed by this double stage of direct metallic contact, thanks to a sectional view along the vertical plane VIII-VIII of the Figure 7 .
  • the two heat exchangers namely the first water/water heat exchanger 15 and the condenser 412, are arranged on either side of the wall 420 of the tank 42 of the thermodynamic water heater.
  • the passage of calories from the fluid circulating in the condenser to the fluid circulating in the first exchanger water/water heat is essentially done by conduction through the metal walls, and not by the water stored in the tank 42.
  • the exchange surface is increased between the wall 420 of the tank 42 and the tube forming the first water/water heat exchanger 15 by locally giving the tube a flattened shape, this is i.e. a shape where the radius of curvature is locally enlarged.
  • the room which serves as a boiler room can be replaced by a cupboard or an unheated room, for example a cellar.
  • radiators can be equipped with a manual thermostat, instead of a programmable thermostat. Also, a radiator may not include a fan, but the rise in temperature of the heated room will be slower.
  • the invention adapts very advantageously to the renovation of housing. It can therefore easily be installed in a home already equipped with controlled single-flow mechanical ventilation.

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Abstract

Système de chauffage 100 qui comprend un chauffe-eau thermodynamique 1 et des panneaux solaires 2 comprenant :- des capteurs photovoltaïques ; et,- un refroidisseur à eau pour refroidir les capteurs photovoltaïques ;le chauffe-eau comprenant :- un réservoir ;- une pompe à chaleur pour chauffer de l'eau stockée dans ledit réservoir ;- un premier échangeur eau/eau, disposé en haut du réservoir et qui sert à alimenter un circuit de chauffage domestique ; et,- un deuxième échangeur disposé en bas du réservoir et qui sert à alimenter le refroidisseur par un second circuit,le chauffe-eau servant en outre à produire de l'eau chaude sanitaire.

Description

  • La présente invention se rapporte au domaine du chauffage, particulièrement au domaine du chauffage de logements, maisons ou appartements.
  • Le réchauffement climatique impose de trouver des alternatives à l'usage d'énergies fossiles. Cependant, le chauffage, notamment le chauffage individuel, est largement dépendant de l'usage du fuel ou du gaz.
  • Les énergies renouvelables, tel que le solaire ou l'éolien, sont soumises à des aléas difficilement supportables dans le cadre d'un logement individuel, particulièrement dans le cas de logements anciens, peu performants énergétiquement.
  • Le but de l'invention est de proposer un système de chauffage qui permette de s'affranchir des chaudières à combustion et de l'usage d'énergie fossiles.
  • Selon l'invention, un tel système de chauffage comprend un chauffe-eau thermodynamique et des panneaux solaires, qui comprennent :
    • des capteurs photovoltaïques ; et,
    • un refroidisseur à eau pour refroidir les capteurs photovoltaïques ;
    le chauffe-eau comprenant :
    • un réservoir ;
    • une pompe à chaleur pour chauffer de l'eau stockée dans le réservoir ;
    • un premier échangeur de chaleur eau/eau, disposé en haut du réservoir et qui sert à alimenter un circuit de chauffage domestique ; et,
    • un deuxième échangeur de chaleur eau/eau, disposé en bas du réservoir et qui sert à alimenter le refroidisseur par un second circuit ;
    ledit chauffe-eau thermodynamique servant en outre à produire de l'eau chaude sanitaire.
  • Le chauffe-eau thermodynamique présent dans le système de chauffage selon l'invention est particulier d'une part en ce qu'il est dédié à produire de l'eau chaude sanitaire et d'autre part en ce qu'il présente deux échangeurs de chaleur distincts au sein du réservoir du chauffe-eau, respectivement destinés au traitement thermique d'une eau circulant dans un circuit de régulation thermique extérieur au chauffe-eau thermodynamique, à savoir respectivement un circuit de chauffage domestique et un circuit de refroidissement de panneaux photovoltaïques.
  • Dans ce contexte, ces deux échangeurs de chaleur sont agencés spécifiquement l'un par rapport à l'autre, avec le premier échangeur de chaleur, associé au circuit de chauffage domestique, qui est en position haute dans le réservoir et le deuxième échangeur de chaleur, associé au circuit de refroidissement des cellules photovoltaïques, qui est en position basse dans le réservoir.
  • Ici, et dans le reste du document, on comprend qu'une position haute et une position basse se définissent par rapport à une direction verticale, perpendiculaire au sol de la pièce dans laquelle est disposé le chauffe-eau thermodynamique.
  • Selon l'invention, il est avantageux d'avoir un échangeur spécifique au circuit de chauffage domestique qui est en partie haute du réservoir pour bénéficier du chauffage de l'eau par stratifications successives, avec la couche d'eau la plus chaude en partie supérieure du réservoir, étant entendu que la masse volumique de l'eau diminue avec la température. Pour la raison inverse, il est avantageux d'avoir un échangeur spécifique au refroidissement des cellules photovoltaïques qui est situé dans la partie la plus basse du réservoir pour augmenter le rendement de l'échangeur, avec une différence de température la plus élevée possible entre le fluide circulant dans le circuit de refroidissement et l'eau stockée dans le réservoir.
  • Par ailleurs, il est notable selon l'invention que le premier échangeur de chaleur eau/eau, dans cette configuration, est disposée au plus près des principaux composants de la pompe à chaleur et que le premier échangeur de chaleur eau/eau peut bénéficier efficacement des calories apportées par le fonctionnement de la pompe à chaleur.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la pompe à chaleur comporte au moins deux échangeurs de chaleur fonctionnant respectivement comme évaporateur et condenseur, l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur étant disposé contre une paroi du réservoir et au-dessus du deuxième échangeur de chaleur eau/eau.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur est plaqué contre une face externe de la paroi du réservoir. L'échange de chaleur entre la boucle thermodynamique de la pompe à chaleur et le réservoir, pour chauffer l'eau stockée dans le réservoir, se fait ainsi par drainage des calories via la paroi métallique d'un tube de ce condenseur et via la paroi métallique du réservoir.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le premier échangeur de chaleur eau/eau est plaqué contre une face interne de la paroi du réservoir. L'échange de chaleur entre le fluide circulant dans le circuit de chauffage domestique et le réservoir du chauffe-eau se fait via la paroi métallique du tuyau du premier échangeur de chaleur eau/eau, aussi bien par drainage des calories de l'eau chaude stockée dans le réservoir que par drainage des calories emmagasinées dans la paroi métallique du réservoir.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le premier échangeur de chaleur eau/eau présente une forme hélicoïdale, avec une entrée et une sortie à travers la paroi du réservoir qui sont disposées au voisinage l'une de l'autre. Par au voisinage, on comprend que l'entrée et la sortie du premier échangeur de chaleur eau/eau, c'est-à-dire les deux trous à travers la paroi du réservoir qui permettent le raccordement du tube de l'échangeur à l'intérieur du réservoir au circuit de chauffage domestique, sont disposées dans une portion angulaire de l'ordre de 5° à 40°, si l'on considère le pourtour du réservoir.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur est en forme de serpentin, avec des segments qui s'étendent régulièrement sur tout le pourtour du réservoir. Ces segments peuvent s'étendre parallèlement les uns aux autres et sont reliés par des portions courbes. A titre d'exemple, les segments peuvent s'étendre verticalement.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur est à hauteur du premier échangeur de chaleur eau/eau. En d'autres termes, la position verticale du condenseur est telle que le condenseur recouvre en moins en partie le premier échangeur de chaleur sensiblement égale, avec une portion de la paroi du chauffe-eau qui est enserrée entre le premier échangeur de chaleur eau/eau présent à l'intérieur du réservoir et le condenseur présent à l'extérieur du réservoir.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, l'intégralité du premier échangeur de chaleur eau/eau à l'intérieur du réservoir est disposé en regard de l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur, avec la paroi du réservoir interposée entre eux.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le tube du premier échangeur de chaleur eau/eau est aplati contre la paroi du réservoir. En d'autres termes, le tube est déformé pour augmenter la surface de contact avec le réservoir et améliorer ainsi le transfert de calories de la paroi du réservoir vers le premier échangeur de chaleur eau/eau. Le tube peut notamment être aplati préalablement au montage du premier échangeur de chaleur eau/eau à l'intérieur du réservoir.
  • Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, la paroi du réservoir est une tôle, dont l'épaisseur est de l'ordre de 2mm. L'épaisseur de la tôle formant paroi du réservoir est ici avantageuse en ce qu'elle permet la réalisation d'un drain thermique efficace entre le condenseur disposée contre la face externe de cette paroi et l'échangeur de chaleur eau/eau associé au circuit de chauffage domestique et disposé contre la face interne de cette paroi.
  • Avantageusement, le système comprend des moyens programmables d'arrêt nocturne de la pompe à chaleur, pour préserver le silence la nuit.
  • De préférence, le chauffe-eau comprend des moyens pour programmer une première température de consigne et une deuxième température de consigne, supérieure à la première température pour l'eau dans le réservoir, et, une résistance électrique d'appoint pour maintenir une température de consigne lorsque la pompe à chaleur est à l'arrêt. Avantageusement, le système comprend des moyens pour stocker dans l'eau du réservoir un surplus d'énergie, thermique ou calorifique, produit par le logement en mode passif, en utilisant comme température de consigne la deuxième température de consigne.
  • Le système peut comprendre un circuit de ventilation mécanique contrôlée, qui comprend des moyens pour prélever de l'air vicié et un échangeur air/air pour réchauffer de l'air fourni dans un local où est le chauffe-eau avec des calories prélevées dans l'air vicié, une partie au moins de cet air vicié étant de préférence extrait d'une cuisine.
  • Le circuit de chauffage domestique comprend de préférence au moins un ventilo-convecteur comprenant des moyens de circulation pour l'eau du circuit de chauffage, des résistances électriques et un ventilateur, le ventilateur étant utilisé pour forcer une convection d'air ambiant autour des moyens de circulation et des résistances électriques. Le ventilo-convecteur peut comprendre des moyens pour arrêter les résistances électriques et/ou le ventilateur lorsqu'une température de consigne pour une pièce chauffée par ledit ventilo-convecteur est atteinte. Le circuit de chauffage domestique, de préférence chaque ventilo-convecteur, peut comprendre un détecteur de présence qui commande l'ouverture d'une électrovanne pour alimenter en eau les moyens de circulation et faire fonctionner les résistances électriques et/ou le ventilateur, ce détecteur de présence étant fonctionnellement associé à des moyens pour temporiser l'alimentation électrique de l'électrovanne. Optionnellement, sans détecteur de présence, l'alimentation électrique de l'électrovanne sera temporisée quelques minutes, après l'atteinte de la température de consigne.
  • Pour préserver le silence la nuit, le ventilo-convecteur peut comporter un interrupteur permettant de neutraliser l'alimentation électrique du ventilateur, ou ne pas être équipé du ventilateur.
  • Avantageusement, le circuit de chauffage domestique comprend, à son aval, des tubes de chauffage pour un chauffage basse température par le sol.
  • L'invention concerne également un chauffe-eau thermodynamique comprenant
    • un réservoir ;
    • une pompe à chaleur pour chauffer de l'eau stockée dans le réservoir ;
    • un premier échangeur eau/eau, disposé en haut du réservoir et qui sert à alimenter un circuit de chauffage domestique ; et,
    • un deuxième échangeur disposé en bas du réservoir et qui sert à alimenter des refroidisseurs de capteurs solaires par un second circuit ;
    le chauffe-eau servant en outre à produire de l'eau chaude sanitaire.
  • Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig. 1]
    est une vue schématique en coupe et élévation d'un logement équipé d'un système selon l'invention ;
    [Fig. 2]
    est une vue schématique en plan du logement de la figure 1, illustrant notamment une circulation d'air ;
    [Fig. 3]
    est une vue schématique partielle du système illustrant notamment un chauffeeau thermodynamique et des ventilo-convecteurs qui y sont raccordés ;
    [Fig. 4]
    est une vue schématique partielle du système illustrant notamment le chauffeeau de la figure 3 et des panneaux solaires qui y sont raccordés ;
    [Fig. 5]
    est une vue en élévation d'un des ventilo-convecteurs de la figure 4 ;
    [Fig. 6]
    est une représentation schématique du chauffe-eau thermodynamique avec une pompe à chaleur, rendant notamment visible un échangeur de chaleur de la pompe à chaleur qui est disposé autour du réservoir du chauffe-eau, l'échangeur de chaleur étant destiné à fonctionner comme condenseur ;
    [Fig. 7]
    est une vue en coupe, selon le plan horizontal VII-VII de la figure 6, du chauffeeau thermodynamique, ladite vue en coupe rendant visible un échangeur de chaleur destiné à être raccordé à un système de chauffage, par exemple les ventilo-convecteurs de la figure 3, et l'échangeur de chaleur de la pompe à chaleur de la figure 6 ; et
    [Fig. 8]
    est une vue en coupe, selon le plan vertical VIII-VIII de la figure 7, du chauffeeau thermodynamique, rendant visible la disposition de deux échangeurs de chaleur de part et d'autre d'une paroi du réservoir du chauffe-eau.
  • Les figures 1 et 2 illustrent un système 100 de chauffage individuel équipant un logement 200. Dans l'exemple illustré, six pièces 201-206 du logement 200 sont illustrées à la figure 2. Ces pièces comprennent un séjour 201, une chambre 202, une salle de bain 203, une cuisine 204, des toilettes 205 et un local servant de chaufferie 206.
  • Le séjour 201 possède une porte-fenêtre 3 équipée d'un garde-corps 3A.
  • Le système 100 comprend notamment :
    • un chauffe-eau thermodynamique 1, muni d'une pompe à chaleur 41 ;
    • un capteur solaire 2, fixé au garde-corps 3A ;
    • un radiateur 4, installé dans séjour ; et,
    • un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) 10 ;
  • La porte fenêtre est équipée d'une grille d'entrée 5 pour de l'air extérieur au logement. Le système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) 10 aspire l'air au travers de la grille 5 et extrait l'air vicié grâce à des bouches d'extraction 11-13 disposées dans les pièces humides, c'est-à-dire la salle de bains 203, la cuisine 204 et les toilettes 205. Les portes du logement sont détalonnées, de sorte qu'elles ont à la base un jeu JP, par exemple un jeu d'un centimètre, suffisant pour permettre la circulation de l'air dans le logement 200.
  • Le radiateur 4 est un radiateur à eau chaude alimenté par le chauffe-eau thermodynamique 1, grâce à un échangeur 15 (voir figure 3). Dans l'exemple illustré, le radiateur 4 est un ventilo-convecteur mixte, c'est-à-dire utilisant pour le chauffage à la fois l'eau fournie par le chauffe-eau et de l'électricité.
  • Le capteur solaire est un capteur hybride comprenant des cellules photovoltaïques et un refroidisseur à eau, de tels capteurs étant notamment fournis par la société Dualsun. Ainsi, le capteur fournit à la fois une énergie photovoltaïque et de l'eau chauffée dans le refroidisseur, selon le principe du corps noir.
  • Le chauffe-eau 1 est installé dans la chaufferie 206.
  • La figure 2 illustre plus particulièrement des circuits de circulation d'air, notamment du système de VMC. Les sources de déperdition de chaleur proviennent essentiellement de la cuisine et de ses équipements électroménagers, pour la cuisson ou le lavage de la vaisselle, et, de la salle de bain, par l'utilisation de la douche, du bain ou par la surchauffe ponctuelle de cette salle lors de son utilisation.
  • Le système 1 comprend un échangeur air/air 9. La VMC prélève de l'air vicié et chaud dans la cuisine, par une bouche d'extraction 11 ; cet air vicié traverse l'échangeur 9 avant d'être rejeté à l'extérieur du logement. L'air frais alimentant l'entrée d'air 34 du chauffe-eau traverse lui aussi l'échangeur 9, dans lequel il se réchauffe auprès de l'air vicié extrait de la cuisine. Dans l'exemple illustré à la figure 2, cet air frais est prélevé dans la salle de bain 203, où il est généralement moins froid que dans les autres pièces. L'extraction de l'air dans la salle de bain, par une bouche 12, est provoquée par la dépression de la turbine d'entrée d'air de la pompe à chaleur du chauffe-eau, lorsque celui-ci est en fonctionnement. Notamment lorsque le chauffe-eau n'est pas en fonctionnement, l'air est extrait de la salle de bain à l'aide de la VMC, par une autre bouche d'extraction 13, à l'aide du bloc VMC 10B.
  • L'air froid qui sort du chauffe-eau est rejeté à l'extérieur, par un conduit et une bouche 8, un conduit de cheminée ou une colonne collective, selon la disposition du logement.
  • Ainsi conçue, la circulation d'air permet de récupérer une partie au moins des calories émises dans la cuisine et la salle de bain, pour réchauffer l'air alimentant le local où se trouve le chauffe-eau. En outre, l'utilisation de l'échangeur 9 permet de récupérer les calories en provenance de la cuisine, sans les vapeurs graisseuses qui sont évacuées vers l'extérieur du logement à l'aide du bloc VMC 10B.
  • Les figures 3 et 4 illustrent le chauffe-eau thermodynamique 1. La pompe à chaleur 41 du chauffe-eau est dans une partie supérieure de celui-ci ; un grand réservoir 42 d'eau chaude en occupe la partie basse. Tel que cela a pu être évoqué précédemment, une position haute et une position basse, et donc par extension les notions de supérieur et inférieur, se définissent par rapport à une direction verticale, perpendiculaire au sol de la pièce dans laquelle est disposé le chauffe-eau thermodynamique.
  • Le chauffe-eau thermodynamique 1 sert notamment à produire de l'eau chaque sanitaire. A cet effet, le chauffe-eau thermodynamique 1 comporte une entrée E1 destinée à être raccordée à une branche de retour de l'eau sanitaire et une sortie S1 destinée à être raccordée à une branche d'alimentation de la maison en eau sanitaire. La sortie S1 est avantageusement disposée en position haute pour favoriser la sortie d'eau chaude.
  • On va rappeler dans un premier temps le fonctionnement de la pompe à chaleur 41, en référence aux éléments représentés schématiquement sur la figure 6. La pompe à chaleur 41 consiste de manière classique en une boucle thermodynamique avec deux échangeurs de chaleur, jouant respectivement le rôle d'évaporateur 410 et de condenseur 412, un détendeur 414 et un compresseur 416, et un fluide frigorigène destiné à circuler dans la boucle thermodynamique et chacun de ces composants. L'échangeur de chaleur destiné à jouer le rôle d'évaporateur 410, et qui sera appelé évaporateur dans la suite de la description pour faciliter la lecture, est disposé sur le trajet d'air pour récupérer des calories de l'air frais provenant via l'entrée d'air 34 et étant évacué par la bouche 8. Le fluide frigorigène réchauffé est partiellement vaporisé et le compresseur 416 a alors pour fonction d'élever la pression du fluide frigorigène afin que celui-ci pénètre à l'état gazeux dans l'échangeur de chaleur destiné à jouer le rôle de condenseur 412, et qui pourra être appelé condenseur dans la suite de la description pour faciliter la lecture. Le condenseur 412 est disposé près du réservoir 42 du chauffe-eau thermodynamique 1 pour décharger ses calories dans l'eau stockée dans le réservoir. Le fluide frigorigène en sortie du condenseur 412 est partiellement liquéfié et la présence du détendeur 414 entre le condenseur 412 et l'évaporateur 410 permet de réduire la pression du fluide et de le liquéfier pour qu'il puisse passer de nouveau à travers l'évaporateur 410 et entamer un nouveau cycle thermodynamique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, et tel que cela sera détaillé ci-après, l'échangeur de chaleur destiné à jouer le rôle de condenseur 412 est plus particulièrement disposé à l'extérieur d'une paroi 420 délimitant le réservoir 42 du chauffe-eau, au contact de cette paroi 420.
  • Le chauffe-eau thermodynamique 1 selon l'invention comporte deux échangeurs eau/eau 15, 16 qui comportent respectivement une surface d'échange logée à l'intérieur du réservoir 42 du chauffe-eau.
  • Comme illustré à la figure 3, dans la partie haute du réservoir 42, un premier échangeur eau/eau 15 assure l'alimentation en eau chaude du réseau de chauffage domestique 15R où l'eau est propulsée par un circulateur C1. Le réservoir 42 comprend en outre une première sonde de température T1, permettant de contrôler que la température de l'eau présente dans le réservoir est conforme à une première température de consigne t1 pour le réseau de chauffage 15R. Le réservoir 42 comprend aussi une deuxième sonde de température ou thermo-contact T2, permettant de contrôler que la température de l'eau présente dans le réservoir 4 est conforme à une deuxième température t2 de consigne pour l'eau chaude sanitaire, généralement voisine de soixante degrés Celsius, température suffisante pour détruire les salmonelles. La deuxième sonde de température T2 est disposée à un niveau inférieur dans le réservoir par rapport à la première sonde de température T1.
  • Comme illustré à la figure 4, dans la partie basse du réservoir 42, un deuxième échangeur de chaleur eau/eau 16 assure le refroidissement des panneaux solaires hybrides 2, dans un circuit 16R où l'eau est propulsée par un circulateur C2. Ce deuxième échangeur de chaleur eau/eau 16 permet en outre de réchauffer l'eau dans le réservoir 42.
  • Le circuit 16R est raccordé à une entrée E3 du deuxième échangeur eau/eau 16 et le fluide de ce circuit de refroidissement ressort refroidi en sortie S3 du deuxième échangeur eau/eau. Il est notable que l'entrée E3 du deuxième échangeur eau/eau 16 est disposée plus haut dans le réservoir que la sortie S3 de ce deuxième échangeur eau/eau, pour bénéficier de la stratification de la température de l'eau stockée dans le réservoir et optimiser le rendement de l'échange thermique.
  • Il résulte de ce qui précède qu'au sein du réservoir, on prévoir deux échangeurs de chaleur eau/eau décalés verticalement l'un par rapport à l'autre, avec le premier échangeur de chaleur eau/eau 15 qui est disposé plus haut que le deuxième échangeur de chaleur eau/eau 16. Il est notable qu'aussi bien l'entrée que la sortie du premier échangeur de chaleur eau/eau 15 sont disposées au-dessus du deuxième échangeur de chaleur eau/eau 16.
  • Ce positionnement vertical d'un échangeur de chaleur eau/eau par rapport à l'autre est fonction de leur finalité thermique. Il est d'une part souhaité par les inventeurs que le premier échangeur de chaleur eau/eau 15 soit placé en partie haute du réservoir pour bénéficier de la stratification de la température de l'eau dans le réservoir, et baigner dans la partie du réservoir où l'eau est la plus chaude, puisque ce premier échangeur de chaleur eau/eau 15 a pour fonction de récupérer des calories pour alimenter le circuit de chauffage domestique. Il est d'autre part souhaité, à l'inverse, que le deuxième échangeur de chaleur eau/eau 16 soit situé dans la partie la plus basse du réservoir, là où l'eau est la plus froide, pour augmenter le rendement de l'échange thermique entre l'eau stockée dans le réservoir et le fluide à refroidir pour le bon fonctionnement des panneaux photovoltaïques.
  • Par ailleurs, le chauffe-eau thermodynamique est configuré pour que le premier échangeur de chaleur eau-eau 15, disposé en haut du réservoir 42, interagisse avec le condenseur de la pompe à chaleur, pour permettre une transmission plus efficace des calories prélevées au fluide frigorigène au sein du condenseur vers l'eau circulant au sein du premier échangeur de chaleur eau-eau 15. Cette interaction sera décrite plus en détails ci-après en référence aux figures 6 à 8.
  • Le chauffe-eau comprend un panneau de commande 18 pour régler la première température de consigne t1 dans le circuit de chauffage, par exemple dans une plage comprise entre vingt-cinq et cinquante degrés Celsius. Cette sonde peut être remplacée par un thermo-contact réglé sur quarante degrés Celsius, ce qui est un bon compromis.
  • Le panneau de commande est doté d'une horloge et d'un calendrier, pour programmer des heures de début et de fin de fonctionnement de la pompe à chaleur 41, pour chaque jour de la semaine, selon les habitudes des habitants du logement. On privilégie un fonctionnement diurne, afin de préserver le silence de la nuit, et avoir un fonctionnement optimisé de la pompe à chaleur 41 en journée. Il peut y avoir deux modes de fonctionnement possibles, l'un pour l'été privilégiant la production d'eau chaude sanitaire, l'autre pour l'hiver, privilégiant le chauffage domestique.
  • Une résistance d'appoint 17 est installée au centre du réservoir ; elle permet d'atteindre ou de maintenir les températures de consigne lorsque la pompe 41 est à l'arrêt, par exemple la nuit.
  • Une gaine d'aspiration 34 aspire de l'air ambiant dans la chaufferie. Cette gaine 34 est équipée d'une troisième sonde de température qui mesure la température t3 de l'air résultant d'un mélange des divers prélèvements d'air dans le logement, dans les pièces chauffées, généralement à une température supérieure ou égale à 19°C, dans les chambres, généralement à une température recommandée de 17°C, dans les pièces non chauffées, de l'air provenant de la VMC et de l'air entré par la grille 5. Alternativement à la présence d'une troisième sonde de température, la gaine 34 peut être équipé d'un thermo-contact T3, réglé à une température de consigne t3 voisine de 17°C.
  • Lorsque la température t3 de l'air mesurée par la troisième sonde de température T3 est supérieure à 17°C, on suppose que l'ensemble des ressources énergétiques est supérieure aux déperditions du chauffage.
  • Ainsi, lorsqu'en hiver le logement est inoccupé et le chauffage coupé dans toutes les pièces, la température extérieure est inférieure à 17°C et la température t3 de l'air mesurée par la troisième sonde de température T3 est supérieure à 17°C, c'est que le chauffage est en mode passif. L'apport en énergie du rayonnement solaire, la récupération des déperditions des fenêtres, de la VMC et de l'énergie passive des capteurs solaires sont des ressources suffisantes pour assurer le chauffage du logement au-delà du seuil de 17°C. La mesure de la troisième sonde de température T3 permet le basculement en mode de chauffage passif. Ce mode de fonctionnement est mis à profit pour augmenter la température de consigne de la valeur t1 à la valeur t2. Ceci permet de stocker le surplus de chaleur passive, qui est alors utilisé pour le chauffage de l'eau chaude dans le réservoir 42.
  • Lorsque la troisième température t3 baisse sous le seuil de 17°C, la température de consigne revient à la température t1, suffisante pour le chauffage domestique ; l'énergie stockée en mode passif est alors consommée progressivement. Avec un réservoir de 300 litres, une température t1 égale à 40°C et une température t2 égale à 60°C, on peut ainsi stocker, entre ces deux valeurs, 25 kWh = 300 x 20 x 4,18, en réserve pour le chauffage.
  • La figure 4 illustre le raccordement des capteurs solaires 2 au deuxième échangeur eau/eau 16 du chauffe-eau 1, disposé en bas du réservoir. Les capteurs sont disposés dans une position proche de la verticale, pour bénéficier d'un ensoleillement optimisé en hiver, lorsque le soleil est bas sur l'horizon.
  • La surface des capteurs solaires est calculée pour générer une production d'électricité équivalente ou supérieure à celle consommée par le chauffe-eau, notamment par la pompe à chaleur, de sorte que son fonctionnement soit sensiblement gratuit. Une surface de capteurs photovoltaïques de cinq mètres carrés avec un rendement de dix-huit pourcents est suffisante pour alimenter une pompe à chaleur de 900 watts.
  • La figure 3 illustre en outre le raccordement des ventilo-convecteurs 4 au chauffe-eau 1. Ces ventilo-convecteurs sont de type mixte, c'est-à-dire qu'ils utilisent à la fois la circulation d'eau chaude dans le circuit de chauffage 15R et une résistance électrique. Un thermostat d'ambiance 30 implanté dans une pièce de vie ou un couloir pilote le circulateur d'eau chaude C1 ; un réglage fin de la température est effectué par un thermostat individuel 27 propre à chaque radiateur 4 associé à un robinet thermostatique 28. Dans l'exemple illustré, chaque thermostat individuel 27 est programmable à distance, à l'aide d'un téléphone ou d'un ordinateur, par un réseau sans fil du logement ou par Internet.
  • Dans l'exemple illustré, chaque radiateur est en outre équipé d'un détecteur de présence 29 à large champ, actif quand le thermostat est en position chauffage. Lorsque la présence d'une personne est détectée, le détecteur active le déclanchement du chauffage ; une temporisation est avantageusement fixée à trente minutes. Le détecteur peut commander une électrovanne 31 dans le circuit de chauffage 15R, à l'entrée ou à la sortie du radiateur 4 (voir figure 5) qui s'ouvre lorsque la présence est détectée et qui se ferme à la fin de la période de temporisation.
  • Comme illustré à la figure 5, chaque radiateur est un ventilo-convecteur ; il comprend une circulation d'eau 36 qui fait partie du réseau de chauffage 15R, des résistances électriques 37 et un ventilateur 32. Lorsque la présence est détectée, le détecteur 29 déclenche le ventilateur 32 et les résistances électriques 37, ce qui permet de rapidement atteindre une température de consigne dans la pièce ; dès que cette température est atteinte, le ventilateur est éteint. De préférence, les résistances sont éteintes en même temps que le ventilateur.
  • En brassant l'air à travers les résistances 37 et la circulation 36, le ventilateur améliore le transfert de chaleur de ces deux sources 36, 37 de chaleur avec l'air ambiant. Lorsque ces deux sources de chaleur sont activées simultanément, elles permettent une montée en température très rapide de la pièce chauffée ; le brassage de l'air par le ventilateur permet d'avoir une température homogène et agréable, avant même que la température de consigne soit atteinte.
  • Dans l'exemple illustré, en aval des radiateurs 4, le réseau de chauffage 15R comprend des tubes de chauffage 39 dans le sol du logement. Ceci permet un chauffage basse température par le sol et d'optimiser le rendement de la pompe à chaleur 41.
  • Tel que cela a été évoqué précédemment, le premier échangeur de chaleur eau/eau 15 est disposé en haut du réservoir 42. Les figures 6 à 8 illustrent un agencement particulier d'un chauffe-eau thermodynamique selon l'invention dans lequel le condenseur 412 de la pompe à chaleur 41 équipant ce chauffe-eau thermodynamique 1 est disposé au voisinage du premier échangeur de chaleur eau/eau 15.
  • La figure 6 illustre schématiquement une partie supérieure du chauffe-eau thermodynamique 1 et la pompe à chaleur 41 associée. L'évaporateur 410, le détendeur 414 et le compresseur 416 y sont représentés schématiquement.
  • Le réservoir 42 est délimité par la paroi 420, qui présente tel que cela est visible sur la figure 8, une face interne 421 tournée vers l'intérieur du réservoir et destinée à être contact avec l'eau et une face externe 422 tournée à l'opposé.
  • L'échangeur de chaleur destinée à fonctionner comme un condenseur 412 est disposé autour du réservoir 42 et plus particulièrement au contact de la face externe 422 de la paroi 420. Le condenseur 412 présente une forme de serpentin, avec des segments 413 qui s'étendent le long de la paroi 420, ici verticalement sans que cela soit limitatif de l'invention, et des portions de renvoi arrondies entre deux segments adjacents, un des segments formant un segment d'entrée relié au compresseur 416 et un autre des segments formant un segment de sortie relié au détendeur 414. Dans l'exemple illustré, le segment d'entrée et le segment de sortie sont adjacents et le condenseur s'étend circonférentiellement sur tout le pourtour de la paroi 420. Le condenseur 412 s'étend contre la face externe 422 de la paroi 420 du réservoir 42 sur une hauteur, ou dimension verticale, qui est définie par la dimension verticale de chaque segment 413.
  • A l'intérieur du réservoir 42, et donc représenté sur la figure 6 en pointillés, le premier échangeur de chaleur eau-eau 15, situé en haut du réservoir 42, s'étend verticalement dans une portion haute du réservoir qui est la même que celle où s'étend le condenseur 412. Tel qu'illustré, l'intégralité du premier échangeur de chaleur eau/eau 15 est contenu verticalement dans le volume défini par l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur et s'étendant le long de la paroi du réservoir, avec la paroi du réservoir interposée entre eux. Une entrée E2 et une sortie S2 du premier échangeur de chaleur eau-eau 15, qui sont formées à travers la paroi du réservoir pour permettre l'arrivée et l'évacuation de l'eau circulant dans le circuit 15R, sont formées entre deux segments du condenseur 412, et le tube formant ce premier échangeur de chaleur eau-eau 15 entre l'entrée E2 et la sortie S2 s'étend sensiblement sur tout le pourtour interne de la paroi 420 du réservoir 42, contre la face interne 421 de cette paroi. L'entrée E2 du premier échangeur de chaleur eau-eau 15 est décalée verticalement par rapport à la sortie S2 du premier échangeur de chaleur eau-eau 15, de sorte que le tube du premier échangeur de chaleur eau-eau 15 présente une forme hélicoïdale en suivant la face interne de la paroi du réservoir.
  • La figure 7 illustre dans une vue en coupe, selon le plan horizontal VII-VII de la figure 6, l'agencement du premier échangeur de chaleur eau/eau 15, destiné à être raccordé au circuit de chauffage domestique, et de l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme un condenseur 412, de part et d'autre de la paroi 420 du réservoir 42. Plus particulièrement, cette figure 7 rend visible une caractéristique de l'invention selon laquelle une portion de la paroi 420 du réservoir est enserrée entre le premier échangeur de chaleur eau/eau 15 et le condenseur 412, avec la face interne 421 qui est au contact direct du tube du premier échangeur de chaleur eau/eau 15 reliant l'entrée E2 à la sortie S2 et avec la face externe qui est au contact direct au moins des segments du condenseur 412.
  • La paroi 420 du réservoir est une tôle. A titre d'exemple non limitatif, l'épaisseur de la tôle formant la paroi est de l'ordre de 2mm.
  • Dans cette configuration, c'est la paroi métallique du réservoir, entourée par le condenseur 412, qui absorbe les calories dégagées par le fluide frigorigène circulant dans les segments de ce condenseur et, notamment du fait de la faible épaisseur de la tôle formant la paroi du réservoir, les calories absorbées par cette paroi métallique sont directement redistribuées à l'eau présente dans le premier échangeur de chaleur eau-eau 15 à travers le tube de ce premier échangeur de chaleur. Les inventeurs ont pu constater que l'efficacité du chauffe-eau thermodynamique selon l'invention était bien meilleure avec le double étage de contact métallique direct entre le condenseur 412 de la pompe à chaleur 41 et le premier échangeur de chaleur eau/eau 15, par l'intermédiaire de la paroi du réservoir, plutôt qu'avec l'eau stockée dans le réservoir comme intermédiaire, l'eau étant nettement moins conductrice que le métal pour les transferts thermiques.
  • La figure 8 illustre le drain thermique formé par ce double étage de contact métallique direct, grâce à une vue en coupe selon le plan vertical VIII-VIII de la figure 7.
  • Les deux échangeurs de chaleur, à savoir le premier échangeur de chaleur eau/eau 15 et le condenseur 412, sont disposés de part et d'autre de la paroi 420 du réservoir 42 du chauffe-eau thermodynamique. On comprend sur cette figure que le passage des calories du fluide circulant dans le condenseur vers le fluide circulant dans le premier échangeur de chaleur eau/eau se fait essentiellement par conduction à travers les parois métalliques, et non par l'eau stockée dans le réservoir 42.
  • Afin d'améliorer la performance thermique de cet échange, on augmente la surface d'échange entre la paroi 420 du réservoir 42 et le tube formant le premier échangeur de chaleur eau/eau 15 en donnant localement au tube une forme aplatie, c'est-à-dire une forme où le rayon de courbure est agrandi localement.
  • Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Au contraire, l'invention est définie par les revendications qui suivent.
  • Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
  • Ainsi, le local qui sert de chaufferie peut être remplacé par un placard ou une pièce non chauffée, par exemple un cellier.
  • Aussi, les radiateurs peuvent être équipés d'un thermostat manuel, au lieu d'un thermostat programmable. Aussi, un radiateur peut ne pas comprendre de ventilateur, mais la montée en température de la pièce chauffée sera plus lente.
  • L'invention s'adapte très avantageusement à la rénovation d'un logement. Elle peut ainsi facilement être mise en place dans un logement déjà équipé d'une ventilation mécanique contrôlée simple flux.

Claims (15)

  1. Système de chauffage (100) qui comprend un chauffe-eau thermodynamique (1) et des panneaux solaires (2), lesdits panneaux (2) comprenant :
    - des capteurs photovoltaïques ; et,
    - un refroidisseur à eau pour refroidir lesdits capteurs photovoltaïques ;
    ledit chauffe-eau comprenant :
    - un réservoir (42) ;
    - une pompe à chaleur (41) pour chauffer de l'eau stockée dans ledit réservoir ;
    - un premier échangeur de chaleur eau/eau (15), disposé en haut dudit réservoir et qui sert à alimenter un circuit de chauffage domestique (15R) ; et,
    - un deuxième échangeur de chaleur eau/eau (16), disposé en bas dudit réservoir et qui sert à alimenter ledit refroidisseur par un second circuit (16R) ;
    ledit chauffe-eau thermodynamique (1) servant en outre à produire de l'eau chaude sanitaire.
  2. Système de chauffage (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe à chaleur (41) comporte au moins deux échangeurs de chaleur fonctionnant respectivement comme évaporateur (410) et condenseur (412), l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur (412) étant disposé contre une paroi (420) du réservoir (42) et au-dessus du deuxième échangeur de chaleur eau/eau (16).
  3. Système de chauffage (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur (412) est plaqué contre une face externe (422) de la paroi (420) du réservoir (42).
  4. Système de chauffage (100) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur (412) est en forme de serpentin, avec des segments (413) qui s'étendent régulièrement sur tout le pourtour du réservoir (42).
  5. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur eau/eau (15) est plaqué contre une face interne (421) de la paroi (420) du réservoir (42).
  6. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur eau/eau (15) présente une forme hélicoïdale, avec une entrée (E2) et une sortie (S2) à travers la paroi (420) du réservoir (42) qui sont disposées au voisinage l'une de l'autre.
  7. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 3 et avec la revendication 5, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur (412) est à hauteur du premier échangeur de chaleur eau/eau (15).
  8. Système de chauffage (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'intégralité du premier échangeur de chaleur eau/eau (15) à l'intérieur du réservoir (42) est disposé en regard de l'échangeur de chaleur destiné à fonctionner comme condenseur (412), avec la paroi (420) du réservoir (42) interposée entre eux.
  9. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que le tube du premier échangeur de chaleur eau/eau (15) est aplati contre la paroi (420) du réservoir (42).
  10. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé que le chauffe-eau comprend des moyens pour programmer une première température de consigne (t1) et une deuxième température de consigne (t2), supérieure à la première température (t1) pour l'eau dans le réservoir (42), et, une résistance électrique d'appoint (17) pour maintenir une température de consigne (t1, t2) lorsque la pompe à chaleur (41) est à l'arrêt.
  11. Système de chauffage (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour stocker dans l'eau du réservoir un surplus d'énergie, thermique ou calorifique, produit par le logement en mode passif, en utilisant comme température de consigne la deuxième température de consigne (t2).
  12. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de chauffage domestique (15R) comprend au moins un ventilo-convecteur (4) comprenant des moyens de circulation (36) pour l'eau du circuit de chauffage (15R), des résistances électriques (37) et un ventilateur (32), ledit ventilateur étant utilisé pour forcer une convection d'air ambiant autour des moyens de circulation et des résistances électriques.
  13. Système de chauffage (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le ventilo-convecteur (4) comprend des moyens pour arrêter les résistances électriques et/ou le ventilateur lorsqu'une température de consigne pour une pièce chauffée par ledit ventilo-convecteur est atteinte.
  14. Système de chauffage (100) selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le circuit de chauffage domestique, de préférence chaque ventilo-convecteur, comprend un détecteur de présence (29) qui commande l'ouverture d'une électrovanne (31) pour alimenter en eau les moyens de circulation (36) et faire fonctionner les résistances électriques (37) et/ou le ventilateur (32), ledit détecteur de présence étant fonctionnellement associé à des moyens pour temporiser l'alimentation électrique de l'électrovanne.
  15. Chauffe-eau thermodynamique (1) comprenant
    - un réservoir (42) ;
    - une pompe à chaleur (41) pour chauffer de l'eau stockée dans le réservoir ;
    - un premier échangeur de chaleur eau/eau (15), disposé en haut du réservoir (42) et qui sert à alimenter un circuit de chauffage domestique (15R); et,
    - un deuxième échangeur de chaleur eau/eau (16) disposé en bas du réservoir (42) et qui sert à alimenter des refroidisseurs de capteurs solaires par un second circuit (16R);
    le chauffe-eau thermodynamique (1) servant en outre à produire de l'eau chaude sanitaire.
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