FR2941517A1 - Installation immobiliere environnementale - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une installation immobilière environnementale pour l'exploitation de sources thermiques naturelles, telles que la géothermie, le soleil, l'eau, ainsi que les sources thermiques d'appoint lorsque celles-ci sont utilisées. L'installation est constituée d'un immeuble (2) équipé desdites sources thermiques et comprend une colonne montante, dite noyau (16), agencée à l'intérieur de l'immeuble et une pluralité de masses de stockage thermique (M, M1, M2, M3, M4, M5) superposées hiérarchiquement à l'intérieur du noyau et raccordées en parallèle au moyen d'un circuit caloporteur de raccordement (50) ; des circuits caloporteurs (43,46,48) agencés sur les sources thermiques pour capter les énergies calorifiques, ces circuits caloporteurs étant raccordés soit directement sur le circuit caloporteur de raccordement (50), soit indirectement sur au moins l'une des masses de stockage (M5) de rang inférieur, au moins un circuit caloporteur de distribution (62,63,64) raccordant la masse de stockage (M) de rang supérieur à des appareillages chauffants.

Description

INSTALLATION IMMOBILIERE ENVIRONNEMENTALE
La présente invention concerne une installation immobilière environnementale pour l'exploitation de sources thermiques naturelles, telles que la géothermie, le soleil, l'eau. En outre, l'installation a pour but de limiter tant que possible l'utilisation de sources thermiques d'appoint consommant de l'énergie coûteuse et permettra en outre d"exploiter également ces sources thermiques d'appoint lorsqu'elles seront utilisées. L'installation immobilière environnementale selon la présente invention concerne tous types d'immeubles, c'est-à-dire aussi bien les habitations individuelles que les immeubles tertiaires, publics voire industriels. La présente invention sera mise en oeuvre par les différents corps de métier intervenant dans la construction d'immeubles, et notamment le gros oeuvre, le chauffagiste, le plombier et le couvreur, voire les entreprises dites tous corps d'état , sous la direction éventuelle d'une maîtrise d'oeuvre et/ou d'une maîtrise d'ouvrage. Il est connu diverses installations immobilières environnementales visant à exploiter les sources d'énergie naturelle et notamment les sources thermiques en vue de chauffer les immeubles.
Un premier type d'installations existant concerne les puits géothermiques, plus couramment appelés puits canadiens, consistant à implanter un conduit dans le sol, à une profondeur suffisante, notamment deux mètres, où la température est quasi constante et de l'ordre de 13° C, ledit conduit débouchant à son entrée à l'extérieur, tandis que la sortie du conduit débouche dans l'immeuble. Cette sortie est équipée d'un souffleur, ce qui permet d'aspirer l'air depuis son entrée ; l'air circulant dans le conduit, est alors réchauffé à une température de l'ordre de 13°C pour être ensuite soufflé à l'intérieur de l'immeuble, ce qui permet en hiver de participer au réchauffement du logement et en été, à son refroidissement. Il est connu également d'exploiter l'énergie solaire pour la mise en oeuvre de plancher chauffant, un conduit caloporteur disposé en serpentin étant par exemple implanté à l'extérieur, par exemple dans le sol ou dans une dalle, avec une exposition favorable au soleil, notamment une exposition plein sud, voire disposé sur une paroi chauffante par rayonnement solaire. Ce conduit caloporteur se prolonge à l'intérieur de l'immeuble dans la dalle ou le plancher en formant également un ou plusieurs serpentins, ce conduit étant équipé d'une pompe à circulation afin d'effectuer le transfert du liquide caloporteur se trouvant dans le conduit et chauffé à l'extérieur, vers la partie du conduit situé dans l'immeuble. On connaît également le principe des vérandas en verre, consistant à constituer une seconde peau, le soleil passant au travers de la véranda permettant de chauffer l'espace, l'ouverture des fenêtres située sur la paroi murale, externe dans la zone de la véranda, permettant en hiver de laisser pénétrer l'air chauffé, afin de contribuer au réchauffement de l'immeuble. Ces différentes installations existant actuellement sont certes performantes. Elles sont toutefois mises en oeuvre de manière autonome au sein des installations, c'est pourquoi lesdites installations sont généralement équipées de l'une ou de l'autre de ces techniques de chauffage. Il est donc nécessaire d'utiliser une source thermique d'appoint, tel que un chauffage à combustion au gaz, au fuel, à bois, voire un chauffage électrique, lequel est en outre mis fortement à contribution afin d'obtenir une température de confort de l'ordre de 20° à 23° C. Par ailleurs, l'utilisation d'une source thermique d'appoint, consommatrice d'énergique, tend à se substituer en totalité à la source thermique naturelle, cette dernière n'étant alors pas ou peu exploitée durant le fonctionnement de la source thermique d'appoint. En outre, ces différentes sources thermiques naturelles ne sont pas utilisées au maximum de leur capacité, une part importante des énergies calorifiques étant dissipée ou rejetée dans l'atmosphère. Les contraintes imposées par les impératifs environnementaux et économiques sont telles qu'il est nécessaire de repenser les constructions des installations immobilières afin d'exploiter au mieux les sources naturelles et de limiter au maximum l'utilisation de chauffage d'appoint coûteux et bien souvent polluant. La présente invention vise à mettre en oeuvre une installation immobilière dont l'objet principal est de capter et de récupérer par différents moyens, les énergies calorifiques provenant en priorité des sources thermiques naturelles, ou de sources thermiques d'appoint utilisées dans des conditions opportunes, c'est-à- dire à moindre coût voire gratuites, ou dans des conditions normales, c'est-à-dire coûteuses durant leur fonctionnement du fait de leur consommation énergétique, ces différentes énergies calorifiques étant concomitamment exploitées au maximum de leur capacité.
A ce titre, l'invention porte sur une installation immobilière environnementale pour l'exploitation des énergies calorifiques provenant de sources thermiques naturelles, telles que la géothermie, le soleil, l'énergie éolienne permettant de chauffer un fluide au moyen d'une résistance, et/ou des sources thermiques d'appoint, telles que des pompes à chaleur ou des appareils de chauffage à combustion. Cette installation immobilière est constituée d'un immeuble équipé desdites sources thermiques. Cet immeuble peut par exemple consister en une habitation individuelle, un bâtiment collectif à usage privé ou public, voire un bâtiment industriel.
Selon l'invention, l'installation comprend une colonne montante, par exemple en sorte de cage d'ascenseur partant du sous-sol au faîtage, dite noyau, agencée à l'intérieur de l'immeuble et une pluralité de masse de stockage thermique à chaleur sensible ou à chaleur latente superposées hiérarchiquement à l'intérieur du noyau et raccordées en parallèle au moyen d'un circuit caloporteur de raccordement fonctionnant de préférence en thermo circulation uniquement ; on peut toutefois prévoir un forçage notamment au moyen d'une pompe de circulation. Par ailleurs, des circuits caloporteurs sont agencés sur les sources thermiques pour capter les énergies calorifiques, lesdits circuits caloporteurs étant raccordés soit directement sur le circuit caloporteur de raccordement, soit indirectement sur au moins l'une des masses de stockage de rang inférieur. En outre, la masse de stockage de rang supérieur comprend au moins un circuit caloporteur de distribution alimentant divers appareils chauffants. Ainsi, les circuits caloporteurs permettent de capter les énergies calorifiques émises ou dissipées par les diverses sources thermiques naturelles et/ou d'appoint, ces circuits caloporteurs permettant par thermo-circulation d'emmagasiner les énergies calorifiques dans les masses notamment par ordre hiérarchique, de la masse de stockage de rang supérieur à la masse de stockage de rang le plus inférieur, l'énergie calorifique emmagasinée pouvant être distribuée ensuite par le ou les circuits caloporteurs de distribution à divers appareils auxquels ils sont connectés. En effet, la superposition des masses de stockage et leur raccordement en parallèle ont pour avantage de monter en température la masse de stockage de rang supérieur jusqu'à la masse de stockage de rang le plus inférieur, par le principe de thermo-circulation ou de thermosiphon, encore appelé principe des masses passives. Selon l'invention, les masses de stockage sont constituées d'un matériau ou d'un liquide à forte capacité calorifique, ce qui permet d'emmagasiner une quantité importante d'énergie calorifique. Par ailleurs, ce matériau ou ce liquide est soit à chaleur sensible, soit à chaleur latente, ce qui permet de jouer sur le temps de réaction de la masse de stockage selon la rapidité de l'apport calorifique nécessaire à chaque appareil chauffant qu'il convient d'alimenter. Selon l'invention, des moyens de limitation du débit sont agencés dans les zones de raccordement du circuit caloporteur de raccordement avec les masses de stockage intermédiaires situées entre la masse de stockage de rang supérieur et la masse de stockage de rang le plus inférieur. Cela présente pour avantage de privilégier la thermo-circulation de la masse de stockage de rang inférieur vers la masse de stockage de rang supérieur, jusqu'à saturation en énergie calorifique de cette dernière, ladite saturation entraînant ensuite le stockage de l'énergie calorifique dans la masse de stockage intermédiaire, de rang directement inférieur, jusqu'à saturation de celle-ci, et ce ainsi de suite jusqu'à saturation de la masse de stockage de rang le plus inférieur. Selon un mode de réalisation, les moyens de limitation du débit sont constitués par une réduction du diamètre du circuit caloporteur de raccordement, dans la zone de raccordement au moins en amont, avec les masses de stockage intermédiaires situées entre la masse de stockage de rang supérieur et la masse de stockage de rang le plus inférieur. Cela présente pour avantage d'être simple de conception et de moindre coût.
Selon une variante de réalisation, les moyens de limitation sont constitués par des vannes de réglage du débit agencées dans les zones de raccordement au moins en amont des masses de stockage intermédiaires situées entre la masse de stockage de rang supérieur et la masse de stockage de rang le plus inférieur, lesdites vannes étant commandées par une centrale de gestion. Une telle conception sera privilégiée lorsque les circuits caloporteurs de distribution alimenteront des appareils industriels, ce qui assurera une parfaite maîtrise de chacune des masses de stockage et leurs apports calorifiques à la masse de stockage de rang supérieur. Selon l'invention, des moyens de restriction sont agencés sur le circuit de raccordement, entre au moins deux des masses de stockage de rangs intermédiaires, lesdits moyens de restriction étant commandés par une centrale de gestion. Ces moyens présentent pour avantage de permettre de capter les énergies calorifiques de plusieurs sources thermiques exploitables et de les emmagasiner concomitamment dans plusieurs masses de stockage. Selon un mode de réalisation, les moyens de restriction sont constitués de vannes de réglage du débit.
Selon l'invention, un circuit caloporteur de distribution est raccordé, de préférence par l'intermédiaire d'une pompe à circulation, à au moins un plancher chauffant. Ce plancher chauffant est notamment sous la forme d'un circuit de transfert thermique présentant un coefficient de déperdition important, disposé en serpentin dans une dalle ou plancher, avec de préférence une répartition uniforme. Cela présente pour avantage de contribuer au réchauffement de l'immeuble et ainsi de limiter l'utilisation d'une source thermique d'appoint, coûteuse. De préférence, on prévoira autant de planchers chauffants que de planchers existants entre les différents étages de l'immeuble. Selon l'invention, un circuit caloporteur de distribution est raccordé à au moins un ballon chauffant d'eau potable ou sanitaire, la sortie dudit ballon chauffant comprenant un apport thermique d'appoint par exemple une résistance ou un chauffe eau instantané pour augmenter la température. Ainsi, le circuit caloporteur de distribution permet de chauffer l'eau potable dans le ballon chauffant, l'appoint thermique assurant un complément de chauffage du volume consommé de ladite eau potable, jusqu'à une température dite sanitaire, atteinte lorsque la température de l'eau potable est de l'ordre de 60°C, évitant le développement de bactéries de type lésionnelles. La limitation de l'utilisation de l'apport thermique contribue en outre à réduire la consommation de l'énergie électrique ou autre. Selon l'invention, de préférence de manière similaire au ballon chauffant d'eau potable défini ci-dessus, un circuit caloporteur de distribution est raccordé à au moins un ballon chauffant d'eau de pluie, la sortie dudit ballon chauffant comprenant un apport thermique d'appoint, par exemple une résistance ou un chauffe eau instantanée pour augmenter la température. Cette eau de pluie chauffée peut par exemple être utilisée pour le lavage du linge au moyen d'une machine à laver le linge, ce qui évite une utilisation trop importante de la résistance électrique de la machine à laver en vue de chauffer l'eau pour le lavage et donc contribue à une réduction de consommation d'énergie électrique. Selon l'invention, un circuit caloporteur de distribution est raccordé sur au moins une boucle de déperdition au moyen d'une vanne, la vanne étant actionnée lorsque la masse de stockage de rang supérieur atteint une température de seuil, notamment de 95°C. Cela présente pour avantage de sécuriser l'installation, afin d'éviter une surchauffe des masses de stockage. De préférence, une boucle de distribution est agencée autour du noyau. De même, une boucle de distribution est agencée à l'intérieur des fondations, par exemple à la périphérie de l'immeuble. Cela présente pour intérêt d'exploiter l'énergie calorifique évacuée par la ou les boucles de déperdition, leur position contribuant à réchauffer l'immeuble par transfert de chaleur par le principe de masse chauffante, et donc contribue également à limiter l'utilisation de sources thermiques d'appoint pour le chauffage de l'immeuble. Selon l'invention, l'installation comprend des moyens d'amenée d'air à l'intérieur du noyau et des moyens d'aspiration de cet air contenu dans le noyau et d'acheminement de cet air à l'intérieur de l'immeuble. Cela présente pour avantage d'exploiter au maximum les énergies calorifiques provenant de chaque source thermique pontentielle pour contribuer au réchauffement de l'immeuble. En effet, la déperdition thermique des masses de stockage permet de réchauffer l'air entrant dans le noyau, cet air réchauffé étant ensuite impulsé directement dans l'immeuble ou indirectement dans une installation disposée au sein de cet immeuble, ce qui contribue notamment à le chauffer et permet de limiter l'utilisation de la source thermique d'appoint. Cet air pourra être par exemple de l'air neuf provenant de l'extérieur, de l'air traité par filtration, par humidification, par épuration ou tout autre type de gaz à réchauffer selon les besoins de l'installation.
Selon un mode de conception de l'installation immobilière, objet de la présente invention, l'immeuble est constitué d'au moins un étage muni d'au moins une pièce. Cet immeuble comprend des fondations, un vide sanitaire, un plancher en rez-de-chaussée, une paroi murale externe isolée et une toiture isolée, l'isolation étant de préférence à la fois thermique et phonique. Par ailleurs, l'installation comprend une ventilation motorisée centralisée, dite VMC, permettant le renouvellement de l'air dans les différentes pièces et étages de l'immeuble, cette VMC étant munie d'un conduit de rejet de l'air vicié. De même, l'installation comprend des moyens de transfert de l'air neuf agencés au moins entre le plancher en rez-de-chaussée et le vide sanitaire, au moins deux puits géothermiques, dits puits canadiens, et une peau en verre recouvrant avec un espacement une partie de la paroi murale et de la toiture qui bénéficient d'une exposition favorable au soleil, notamment la partie de l'immeuble exposée plein sud. En outre, une partie inférieure du noyau traverse le vide sanitaire et se prolonge sous les fondations, les deux puits canadiens débouchant en sortie, dans cette partie inférieure, une seconde partie du noyau étant érigée jusqu'au faîtage de la toiture et comprenant une ouverture qui débouche dans l'espacement, entre la peau en verre et la toiture. Le conduit de rejet de la VMC passe dans le noyau et traverse hermétiquement la sortie du premier puits canadien pour déboucher à proximité de l'entrée dudit premier puits. Au moins un conduit est relié hermétiquement à la sortie du second puits canadien pour déboucher en partie inférieure de l'espacement, entre la peau en verre et la paroi murale, les sorties des puits canadiens comprenant chacune un conduit. Des moyens de commande et de fermeture sont agencés entre les deux conduits des puits canadien pour les fermer au moins alternativement.
Ainsi, l'installation immobilière selon la présente invention présente pour avantage de pouvoir exploiter concomitamment différentes sources naturelles pour le chauffage de l'immeuble, ledit chauffage étant réversible, c'est-à-dire qu'il contribue au réchauffement de l'immeuble, notamment en hiver et en mi saison, et au contraire au refroidissement de l'immeuble en été. En effet, le fonctionnement de la VMC vise à créer un appel d'air dans le ou les étages de l'immeuble, constitué d'une ou plusieurs pièces, depuis le vide sanitaire grâce à la présence des moyens de transfert de l'air entre le plancher en rez-de-chaussée et le vide sanitaire. De tels moyens de transfert ou équivalents sont en outre mis en oeuvre sur les planchers intermédiaires, entre chaque étage, lorsque ceux-ci existent. Lorsque les moyens de commande et de fermeture obturent l'ouverture en sortie du premier puits canadien, l'ouverture en sortie du second puits canadien étant par conséquent ouverte, ce qui correspond à une utilisation préconisée en période estivale, l'air neuf est alors aspiré au travers du second puits canadien et arrive donc en partie inférieure du noyau à environ 13° pour circuler dans le vide sanitaire et passé au travers du plancher. Concomitamment, l'appel d'air généré par la VMC permet de créer une boucle de circulation, de l'air à environ 13° entrant par le conduit dans l'espacement entre la paroi en verre et la paroi murale pour monter jusqu'au niveau du faîtage dans la zone d'espacement et se mélanger à l'air chaud généré par le soleil passant au travers de la peau en verre et montant dans la zone de faîtage, ce qui permet d'obtenir un air mélangé refroidi, cet air étant appelé et circulant vers le bas au travers du noyau pour être injecté dans l'immeuble en passant au travers du vide sanitaire puis du plancher, ce qui permet d'obtenir une température ambiante dans l'immeuble, par le mélange de l'air à environ 13° et de l'air refroidi, espéré à environ 19°C mais réglable par la centrale de gestion qui exploitera les autres apports d'énergies disponibles.
Au contraire, pour une utilisation préférentielle en hiver ou en mi saison, lorsque les moyens de commande et de fermeture obturent l'ouverture de la sortie du second puits canadien et, au contraire, laissent ouverte l'ouverture en sortie du premier puits canadien, la VMC génère un appel d'air au travers du plancher en rez-de-chaussée, cet appel d'air entraînant la circulation de l'air au travers du premier puits canadien ; du fait de la présence du conduit de rejet de la VMC qui passe au travers du premier puits canadien pour rejeter l'air vicié, à proximité de l'entrée de celui-ci, ledit air vicié étant à une température de l'ordre de 25°, l'air aspiré au travers de ce premier conduit arrive donc en sortie dudit premier conduit à une température de l'ordre de 18° pour circuler au travers du vide sanitaire et passer au travers du plancher en rez-de-chaussée. Concomitamment, le second puits canadien permet le soufflage d'air à 13° dans l'espacement entre la peau en verre et la paroi murale, cet air se propageant jusqu'au niveau du faîtage pour être mélangé avec de l'air chaud généré par le rayonnement du soleil traversant la peau en verre, l'appel de l'air généré par la VMC entraînant une boucle de circulation de l'air au travers du noyau, vers le bas, le mélange de l'air à 18° provenant du premier puits canadien avec l'air circulant par le noyau, permettant d'obtenir un mélange d'air de l'ordre de 25° C pénétrant dans l'immeuble en passant au travers du plancher en rez-de-chaussée. Ainsi, l'installation contribue au réchauffement des étages de l'immeuble, en hiver et/ou en mi saison, et au contraire au refroidissement du ou desdits étages de l'immeuble, en été. Cela permet donc de minimiser en hiver l'utilisation d'un chauffage d'appoint de type chaudière à combustion thermique ou de type radiateur électrique et, à l'inversement, l'utilisation d'une climatisation en été pour le refroidissement de la pièce. Selon un mode préférentiel, les moyens de commande et de fermeture sont constitués de trappes de fermeture des deux conduits en sortie des puits canadiens, un dispositif d'actionnement des trappes étant agencé pour concomitamment fermer un des conduits et ouvrir l'autre. En outre, une centrale de gestion est agencée pour commander ce dispositif d'actionnement. Selon un mode préférentiel, les moyens de transfert de l'air sont constitués de conduits de transfert traversant le plancher en rez-de-chaussée pour déboucher d'un côté dans le rez-de-chaussée et de l'autre dans le vide sanitaire. De tels moyens de transfert, voire des équivalents répondant aux normes de sécurité selon l'usage du bâtiment, sont également envisageables entre les planchers intermédiaires séparant deux étages, comme par exemple le rez-de-chaussée du premier étage, le premier étage du second étage et ainsi de suite.
Selon l'invention, le plancher en rez-de-chaussée est en béton non isolé thermiquement du côté supérieur et du côté inférieur, ledit plancher contenant un circuit de transfert thermique raccordé à un circuit caloporteur de distribution. De telles caractéristiques ont pour but de permettre d'une part, le transfert thermique du plancher vers le rez-de-chaussée pour le réchauffement de l'immeuble et d'autre part, le transfert thermique vers le vide sanitaire pour le réchauffement de l'air avant que celui-ci soit aspiré dans l'immeuble au travers des conduits de transfert et donc, contribue également au réchauffement de l'immeuble. De tels circuits de transfert thermique sont envisageables dans les planchers intermédiaires de l'immeuble. Selon l'invention, une vanne à trois voies raccorde le circuit de transfert thermique au circuit caloporteur de distribution, un circuit de distribution d'eau froide étant raccordé également sur ladite vanne à trois voies. Cette vanne est commandée par une centrale de gestion. De telles caractéristiques ont pour but d'une part de contribuer au réchauffement de l'immeuble en hiver ou mi-saison, en raccordant le circuit de transfert thermique sur le circuit caloporteur de distribution véhiculant de l'eau chaude, tel qu'expliqué ci-dessus. D'autre part, en raccordant ledit circuit de transfert thermique sur le circuit froid, notamment d'eau de pluie froide, par basculement de la vanne trois voies, le plancher en rez-de-chaussée est alors refroidi, ce qui permet au contraire de refroidir l'air ambiant de l'immeuble et l'air se trouvant dans le vide sanitaire, avant son transfert dans l'immeuble.
Selon l'invention, l'installation comprend une cuve de stockage d'eau pluviale, le circuit de distribution d'eau froide étant raccordé sur ladite cuve. De préférence, cette cuve de stockage est enterrée dans le sol, ce permet d'obtenir une eau à une température de l'ordre de 13°C. Ainsi, on exploite également les sources thermiques naturelles pour le refroidissement de l'immeuble, ce qui limite l'utilisation d'une climatisation consommant de l'énergie électrique. Selon l'invention, la partie de la paroi murale et de la toiture sous la peau en verre est revêtue d'une paroi d'emmagasinage du rayonnement solaire, au moins un circuit caloporteur en serpentin étant disposé sur la paroi d'emmagasinage, le circuit caloporteur étant de préférence raccordé sur la masse de stockage de rang le plus inférieur. De telles caractéristiques permettent, en complément des caractéristiques précédentes, d'emmagasiner de l'énergie calorifique provenant d'une source thermique naturelle. En outre, le raccordement sur la masse de stockage de rang le plus inférieur a pour but de transférer par thermo-circulation cette énergie calorifique et de l'emmagasiner dans la masse de stockage de rang supérieur, en vue de sa restitution ultérieure à divers appareillages.
Selon un mode préférentiel, une pompe à circulation est agencée sur la boucle du ou des circuits caloporteurs, raccordés ensuite sur la masse de stockage de rang le plus inférieur. Cela favorise le transfert de l'énergie calorifique vers les masses de stockage. En outre, deux sondes de température sont agencées pour mesurer les températures au niveau de la masse de stockage de rang le plus inférieur et au niveau du ou des circuits caloporteurs, la pompe à circulation étant actionnée lorsque la température de ladite masse de stockage est inférieure à la température du ou des circuits caloporteurs. Cela évite le fonctionnement en permanence de la pompe, notamment lorsque la masse de stockage est saturée thermiquement et ne permet le transfert d'énergie calorifique du ou des circuits caloporteurs vers cette masse de stockage. Inversement, cela permet de laisser le temps à la paroi d'emmagasinage du rayonnement solaire de réchauffer et de transférer l'énergie calorifique vers le ou les circuits caloporteurs, puis seulement, lorsque la température de la masse de stockage thermique est inférieure à celle du liquide caloporteur, d'assurer le transfert de l'énergie calorifique vers cette masse de stockage thermique. Selon l'invention, un appareil d'appoint du type pompe à chaleur air/liquide est agencé à l'extrémité supérieure du noyau, la pompe à chaleur comprenant un circuit caloporteur raccordé en boucle sur le circuit caloporteur de raccordement entre deux masses de stockage de rang intermédiaire. Ainsi, on utilise au besoin une source thermique complémentaire, pouvant toutefois exploiter l'énergie calorifique de l'air chaud émise naturellement en partie supérieure, sous la peau en verre, cette énergie calorifique étant transférée par le biais de la pompe à chaleur vers le circuit caloporteur, puis emmagasinée dans la masse de stockage de rang supérieur.
Selon l'invention, l'immeuble est équipé d'au moins un appareil d'appoint du type chauffage à combustion, notamment un poêle chaudière de masse voire une chaudière à gaz, utilisé en cas de nécessité pour le chauffage de l'immeuble à une température de confort. Cet appareil comprend un conduit de cheminée érigé à l'intérieur du noyau et débouchant hermétiquement sur l'extérieur en toiture. Un circuit caloporteur est enroulé autour du conduit de cheminée et raccordé sur le circuit caloporteur de raccordement, entre deux masses de stockage de rang intermédiaire. Cela présente pour avantage d'exploiter au maximum l'appareillage de chauffage d'appoint, utilisé en cas de nécessité, en emmagasinant également l'énergie calorifique se trouvant dans le conduit de cheminée, pour la stocker dans la masse de stockage de rang supérieur, en vue de sa restitution ultérieure à des appareillages.
Selon un mode de réalisation, l'immeuble comprend au moins deux étages séparés par un plancher intermédiaire, ledit plancher intermédiaire étant aéré. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante d'un mode préférentiel de réalisation de l'installation immobilière environnementale. Cette description s'appuie sur des figures parmi lesquelles : la figure 1 schématise l'installation immobilière environnementale selon la présente invention ; - la figure 2 schématise la paroi d'emmagasinage du rayonnement solaire sur la partie de l'immeuble se trouvant sous la peau en verre, et la mise en oeuvre de plusieurs circuits caloporteurs en serpentin sur cette paroi d'emmagasinage ; - la figure 3 schématise une pompe à chaleur air/liquide mise en oeuvre en partie supérieure du noyau central à proximité du faîtage de la toiture, dans l'espacement entre la peau en verre et la toiture ; - la figure 4 schématise un circuit caloporteur embobiné autour du conduit de cheminée d'une chaudière à combustion thermique ; - la figure 5 schématise la mise en oeuvre d'une pluralité de masses de stockage thermique superposées les unes au dessus des autres dans le noyau central ; la figure 6 schématise une installation de collecte des eaux.
Telle qu'illustrée sur la figure 1, l'installation immobilière environnementale 1, selon la présente invention, est constituée d'un immeuble 2. Cet immeuble 2 illustré sur la figure 1 comprend un rez-de-chaussée 3, un premier étage 4, un second étage 5 et un troisième étage 6 pouvant consister en des combles aménagés ou non. Une telle conception d'immeuble peut être envisagée pour la mise en oeuvre d'une habitation individuelle ou de logements collectifs. Bien entendu, d'autres modes de conception de l'immeuble sont envisageables, tel que cela apparaît sur la figure 2 où ledit immeuble consiste en une habitation individuelle de type plain pied ou avec un étage. La mise en oeuvre de l'installation immobilière est en outre envisageable sur des bâtiments à vocation industrielle. Bien entendu l'installation sera adaptée pour répondre aux normes de sécurité, selon le classement du bâtiment. Selon les diverses conceptions envisageables, l'immeuble 2 comprend, comme toute habitation, des fondations 7 et un plancher en rez-de-chaussée 8, une paroi murale externe 9 réalisée selon les règles de l'art des constructions traditionnelles, c'est-à-dire assurant les conditions d'isolation thermique et phonique vis-à-vis du milieu externe. De préférence, l'isolation des parois murales 9 est assurée par l'extérieur jusqu'aux fondations 7. L'habitation comprend en outre une toiture 10 assurant également une isolation thermique et phonique. Par ailleurs, l'immeuble 2 de l'installation immobilière 1 comprend un vide sanitaire 11, illustré sur la figure 1. Un tel vide sanitaire est également réalisé selon les règles de l'art de l'homme du métier des constructions immobilières. Tel qu'illustré sur la figure 1, l'immeuble 2 est revêtu sur l'un de ses côtés d'une peau réalisée en verre 12 ou tout autre matériau présentant des propriétés similaires et permettant le passage des rayons solaires en sorte de diffuser la chaleur. Cette peau en verre 12 sera étudiée et dimensionnée en sorte de résister aux chocs, notamment occasionnés par les intempéries et la chute de grêlons. Cette peau en verre 12 est agencée sur le côté ou pan de mur bénéficiant d'une exposition favorable au soleil, notamment le côté sud. On peut toutefois envisager la mise en oeuvre de cette peau en verre sur un autre côté de l'immeuble 2, voire recouvrant toute la surface de la paroi murale et de la toiture, excepté les zones d'accès à l'immeuble. En outre, telle qu'illustrée sur la figure 1, la peau en verre 12 est disposée à distance de la paroi murale et de la toiture en sorte de conserver un espacement 13 entre ces deux éléments. Cette peau en verre 12 permet de capter l'énergie solaire directe et diffuse, et de chauffer l'air dans l'espacement 13, l'air chauffé montant jusqu'au faîtage 14 de la toiture 10. Cette peau en verre 12 est reprise à son extrémité inférieure 15 sur les fondations 7, tel qu'illustré en figure 1. L'installation immobilière environnementale 1 comprend, de préférence en partie centrale, un noyau 16 illustré en figure 2. Ce noyau 16 participe à la rigidité de la structure de l'immeuble 2, en complément des parois externes murales 9 et des fondations 7. En outre, ce noyau constitue une masse thermique contribuant au réchauffement de l'immeuble 2. Ce noyau 16 est par exemple réalisé en béton banché ou en parpaing ferraillé coulé. Ce noyau 16 communique avec le vide sanitaire 11, et s'étend sur toute la hauteur de l'immeuble 2, la partie inférieure 16a du noyau s'étendant sous le vide sanitaire 11 tandis que la partie supérieure 16b s'étend jusqu'au faîtage 14 et comprend une ouverture 16c qui débouche dans l'espacement 13. Ainsi, l'air chauffé par le soleil passant en travers de la peau en verre 12, monte jusqu'au faîtage de la toiture et peut pénétrer par le haut, à l'intérieur du noyau 16. Ce noyau 16 présente en outre pour avantage de constituer une gaine technique pour le passage des réseaux, notamment le réseau d'eau et le réseau d'évacuation. Ce noyau central 16 présente de préférence une section carrée de 2 mètres X 2 mètres. En outre, le noyau 16 peut disposer de portes d'accès au niveau de chaque étage. Telle qu'illustrée sur la figure 1, l'installation immobilière 1 selon l'invention est équipée de deux puits géothermiques 17,18, plus couramment appelés puits canadiens. Dans la suite de la description, on utilisera la dénomination puit canadien . Le premier puits canadien 17 et le second puits canadien 18 comprennent tous deux une entrée 17a, 18a débouchant en surface à l'extérieur, tel qu'illustré en figure 1, tandis que leur sortie respective 17b, 18b débouche en partie inférieure 16a dans le noyau 16. L'immeuble 2, comme toute construction traditionnelle, comprend une ventilation motorisée centralisée d'extraction d'air dite VMC 19, permettant le renouvellement de l'air à l'intérieur des pièces de chaque étage 3, 4, 5, 6. Cette VMC 19 est dimensionnée en fonction de la taille du bâtiment et du nombre de pièces qu'il comprend sur chaque étage. Par ailleurs, cette VMC 19 comprend un conduit de rejet 20 de l'air vicié, tel qu'illustré en figure 1. Ce conduit de rejet 20 traverse le noyau 16 et passe au travers du premier puits canadien 17. Pour cela, le conduit de rejet 20 traverse hermétiquement la sortie 17b du premier puits canadien 17 pour le traverser en quasi-totalité et déboucher au niveau de son extrémité 20a, de préférence à distance de l'entrée 17a du puits canadien 17 pour éviter le mélange d'air vicié rejeté, avec de l'air neuf. Ainsi, l'air se trouvant dans le puits canadien normalement à une température de 13°C est réchauffé du fait de la présence du conduit de rejet 20 qui permet l'évacuation de l'air vicié se trouvant à une température de l'ordre de 25°C, l'air dans le puits canadien 17 étant réchauffé par transfert de chaleur du conduit de rejet de la VMC vers le conduit du puits canadien 17.
Les puits canadiens 17,18 sont constitués d'un conduit constitué de préférence d'un tuyau en béton présentant un diamètre de 200 mm, ce conduit étant implanté à une profondeur de l'ordre de 2 mètres sur une longueur de préférence de l'ordre de 20 à 30 mètres. Par ailleurs, le conduit de rejet de la VMC est constitué d'un tuyau en aluminium ou inox d'un diamètre de 125 mm, ou tout autre matériau favorisant le transfert de chaleur du conduit de rejet vers le puits canadien. Telle qu'illustrée sur la figure 1, la sortie 18b du second puits canadien reçoit hermétiquement un conduit 21 qui passe, de préférence, au travers de la partie inférieure 16a du noyau 16 et au travers du vide sanitaire 11 pour déboucher à son extrémité 21a dans l'espacement 13 entre la peau en verre 12 et la paroi murale externe 9. Le conduit 21 traverse, au niveau du vide sanitaire 11, l'extrémité inférieure 9a de la paroi murale 9, de manière étanche. Par ailleurs, le plancher en rez-de-chaussée 8, réalisé de préférence en béton non isolé thermiquement, comprend des tuyaux ou conduits de transfert 22a, 22b agencés de préférence à la périphérie dudit plancher de rez-de-chaussée 8, ces tuyaux ou conduits 22a, 22b assurant le transfert de l'air du vide sanitaire 11 vers les pièces du rez-de-chaussée 3.
Par ailleurs, les sorties 17b et 18b des deux puits canadiens 17, 18 comprennent chacun une ouverture pouvant être constituée par exemple d'un conduit 23, 24 raccordé de manière hermétique au niveau desdites sorties 17b, 18b. Par ailleurs, des moyens de commande et de fermeture 25, schématisés en figure 1, sont agencés entre ces deux conduits 23,24 ou ouvertures pour permettre leur fermeture alternative. De manière préférentielle et non limitative, ces moyens de commande et de fermeture 25 sont constitués par des trappes d'obturation des conduits 23,24, ces trappes étant commandées par un dispositif d'actionnement, par exemple du type vérin ou crémaillère, lequel est actionné selon la commande reçue d'une centrale de gestion qui autorise de préférence au moins deux modes de fonctionnement à savoir un mode hiver ou mi-saison et un mode été. Ainsi, lorsque la centrale de gestion commande la fermeture du conduit 23 et simultanément l'ouverture du conduit 24, la VMC 19 génère un appel d'air au niveau du premier puits canadien 17 ; l'air 26 à une température de l'ordre 25°C, passe au travers du conduit 24 pour pénétrer en partie inférieure 16a du noyau central, tel qu'illustré en figure 1. Concomitamment, la VMC 19 génère également une circulation de l'air 27 se trouvant dans la zone d'espacement 13, ledit air 27 circulant en passant au travers de la partie supérieure 16b du noyau 16, tel qu'illustré sur la figure 1, ce qui génère un appel d'air au niveau du second puits canadien 18, l'air 28 dans le puits canadien 18 se trouvant à une température de l'ordre de 13°C passant dans ce cas au travers du conduit 21 pour sortir au niveau de son extrémité 21a, cet air circulant vers le haut dans la zone d'espacement 13, ce qui permet de refroidir l'air 27 au niveau du faîtage 14, ledit air refroidi se déplaçant alors vers le bas en passant au travers de la partie supérieure 16b du noyau 16 pour finalement passer au travers du vide sanitaire 11, puis des conduits de transfert 22a,22b concomitamment avec l'air 26 provenant du premier puits canadien 17. Lorsque la centrale de gestion commande au contraire la fermeture du conduit 24 et l'ouverture simultanée du second conduit 23, ce qui correspond notamment à un mode d'utilisation estivale, seul l'air 28 passant au travers du second puits canadien 18 passe alors simultanément au travers du conduit 21 et du conduit 23, au niveau de sa sortie 18b. Ainsi, de l'air à une température de l'ordre de 13°C, sortant du conduit 23, pénètre en partie inférieure 16a du noyau 16 et, concomitamment, de l'air à 13°C sortant de l'extrémité 21a du conduit 21, pénètre dans la zone d'espacement 13, ce qui permet, d'une part, de refroidir l'air 27 se trouvant en partie supérieure de la zone d'espacement, au niveau du faîtage 14, lequel circule pour pénétrer dans le vide sanitaire 11 et passer au travers des conduits de transfert 22a, 22b, vers le rez-de-chaussée 3. Concomitamment l'air passant au travers du conduit 23, remonte vers le vide sanitaire 11 pour passer au travers des conduits de transfert 22a, 22b et pénétrer également dans le rez-de- chaussée 3 de l'immeuble, ce qui permet d'obtenir un air brassé à une température de l'ordre de 19°C permettant de refroidir les pièces de l'immeuble en période estivale. Lorsque l'immeuble 2 comprend plusieurs planchers intermédiaires 29, 30, 31, séparant deux étages, tel qu'illustré en figure 1, ces planchers intermédiaires 29, 30, 31 sont aérés et comprennent pour cela également des conduits de transfert 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b répartis de préférence également à la périphérie du plancher. On peut toutefois prévoir des planchers en bois aérés qui permettront la circulation de l'air du rez-de-chaussée 3 vers le premier étage 4 et ce ainsi de suite jusqu'aux bouches d'extraction 35 de la VMC 19. En outre, on prévoira également des systèmes de condamnation de ces conduits de transferts 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b afin de respecter les normes coupe-feu et éviter la propagation du feu ou des fumées en cas d'incendie dans l'immeuble. L'installation immobilière 1 prévoit en outre une paroi d'emmagasinage 36 du rayonnement solaire mise en oeuvre sur la paroi de la partie murale 9 et de la toiture 10 recouverte par la peau en verre 12. Sur cette paroi d'emmagasinage 36, est disposée une pluralité de conduits de circuits caloporteurs 37, 38, 39, 40 disposés en serpentin, tel qu'illustré en figure 2, dont la longueur et le positionnement sur la paroi murale 9 et la toiture tiendront compte notamment de la présence d'ouvertures éventuelles de type portes ou fenêtres. Ces circuits caloporteurs présentent chacun une entrée El, E2, E3, E4 et une sortie S1, S2, S3, S4. De préférence, la paroi d'emmagasinage de rayonnement solaire est une paroi noire en polypropylène de type CAROPLAST . Par ailleurs, les circuits caloporteurs contiennent un liquide constitué de préférence par un produit antigel, ce qui évite les risques de gelée du liquide dans lesdits circuits pouvant être exposés à des températures négatives du fait de leur positionnement sous la peau en verre 12, notamment durant la nuit. Le liquide caloporteur est de préférence de l'eau glycolée. En outre, les circuits caloporteurs sont de préférence en cuivre, ce qui facilite le transfert d'énergie vers le liquide caloporteur. L'immeuble 2 comprend une pompe à chaleur air/liquide 41 illustrée en figure 3, laquelle permet par aspiration de l'air chaud 42 dans la zone du faîtage 14, sous la peau en verre 12, de procurer par transfert de chaleur, en sortie de la pompe 41, un liquide caloporteur chauffé et véhiculé par un circuit caloporteur 43 comprenant une entrée Ep et une sortie Sp. De préférence, le liquide caloporteur véhiculé dans le circuit caloporteur 43 est de l'eau. De préférence, la pompe à chaleur 41 est disposée dans le noyau 16 à l'extrémité supérieure de la partie supérieure 16b, au niveau de l'ouverture 16c.
L'installation immobilière 1 prévoit en outre d'exploiter les équipements de chauffage d'appoint de type chaudière à combustion thermique, telle que les chaudières au fuel, au gaz, ou un poêle chaudière à bois qui sont munis d'un conduit de cheminée pour l'évacuation des fumées, notamment en partie supérieure de la toiture, tel qu'illustré sur la figure 4, ce conduit de cheminée 44, notamment d'un poêle à bois 45, est disposé à l'intérieur du noyau 16. Ce conduit de cheminée 44 véhicule de la fumée qui diffuse de la chaleur en chauffant l'air environnant. Pour cela, le conduit de cheminée 44 est muni d'un circuit caloporteur 46 enroulé autour dudit conduit de cheminée 44, ledit circuit caloporteur assurant, d'une part, une protection contre les brûlures et, d'autre part, le chauffage d'un liquide caloporteur véhiculé par ledit circuit caloporteur 46. De préférence, le liquide caloporteur est de l'eau. En outre, le circuit caloporteur 46 comprend une entrée Ecl et une sortie Scl. Tels qu'illustrés sur la figure 5, six masses de stockage thermique M, M1, M2, M3, M4, M5 sont superposées les unes au dessus des autres, ces masses de stockage étant raccordées entre elles en parallèle au moyen d'un circuit caloporteur de raccordement 50 fonctionnant en thermo circulation. Un vase d'expansion 78 pourra être envisagé pour le bon fonctionnement par thermo circulation de l'installation. Les différents circuits caloporteurs 37, 38, 39, 40, disposés sur la paroi d'emmagasinage 36 de rayonnement solaire, sont raccordés en boucle sur la masse de stockage M5 disposé de préférence au rang le plus inférieur. Ces circuits caloporteurs 37, 38, 39, 40 sont raccordés en parallèle en entrée El, E2, E3, E4 sur un circuit d'entrée 47 dans la masse de stockage M5 de rang inférieur, le circuit d'entrée 47 pénétrant dans cette masse de stockage M5 pour former un serpentin 61 à l'intérieur de celle-ci puis pour ressortir sur un conduit de sortie 48, sur lequel sont raccordées les sorties S1, S2, S3, S4 desdits circuits caloporteurs 37, 38, 39, 40. En outre, une pompe à circulation 49 est agencée au niveau du circuit de sortie 48. Par ailleurs, une sonde de température Ti est agencée au niveau du circuit d'entrée 47 et une sonde de température T2 est agencée dans le ballon de masse B5. La centrale de gestion gère le déclenchement de la pompe de circulation 49 en fonction des températures mesurées au niveau des sondes de température T1 et T2, à savoir lorsque la température T2 au niveau de la sonde T2, dans la masse de stockage M5, est inférieure à la température T1 au niveau de la sonde Ti, sur le circuit d'entrée 47. Le circuit caloporteur 43 en sortie de la pompe à chaleur 41 est raccordé en boucle au niveau de son entrée Ep et de sa sortie Sp, sur le circuit caloporteur de raccordement 50, entre la première masse de stockage M1 intermédiaire et la seconde masse de stockage M2 intermédiaire, tel qu'illustré en figure 5. Il en est de même pour le circuit caloporteur 46 de la chaudière à combustion thermique 45, l'entrée Ecl et la sortie Sci étant raccordées en boucle sur le circuit caloporteur de raccordement, entre la troisième masse de stockage M3 intermédiaire et la quatrième masse de stockage M4 intermédiaire, tel qu'illustré sur la figure 5. Selon cette conception, la masse de rang supérieur M subit une élévation de température par thermosiphon ou thermo-circulation générée par les divers circuits caloporteurs 37, 38, 39, 40, 43, 46. Ainsi, la chaleur dans la masse de stockage M5, de rang le plus inférieur, est véhiculée par thermosiphon en respectant la hiérarchie, vers la masse de stockage M de rang supérieur puis la masse de stockage M1 et ainsi de suite jusque la masse de stockage M5. En outre, l'ordre de raccordement des divers circuits caloporteurs a pour but de favoriser la boucle de fonctionnement entre la masse de stockage M de rang supérieur et la masse de stockage M5 de rang le plus inférieur, le but étant avant tout d'utiliser au maximum les sources thermiques naturelles, complétées au besoin par des sources thermiques d'appoint, coûteuses. De même, l'ordre de raccordement de ces diverses sources thermiques d'appoint est réalisé de préférence en tenant compte du coût énergétique de consommation de ces source, d'où le raccordement du circuit caloporteur provenant de la chaudière à combustion thermique 45 puis celui de la pompe à chaleur 41, tel qu'illustré en figure 5 et décrit ci-dessus. De préférence, plus l'énergie d'appoint est chère et inopportune plus elle doit être injectée en haut du dispositif. Par ailleurs, afin d'assurer un fonctionnement des boucles en favorisant la boucle de fonctionnement entre la masse de stockage M de rang supérieur et la masse de stockage M5 de rang le plus inférieur, on prévoit des moyens de limitation L1, L2, L3, L4 dans les zones de raccordement 57a, 58a, 59a, 60a en amont, du circuit caloporteur de raccordement 50 avec les masses de stockage M1, M2, M3, M4 intermédiaires. De préférence, pour un immeuble d'habitation à usage public ou privé, ces moyens de limitation L1, L2, L3, L4 sont constitués par une réduction du diamètre du circuit caloporteur de raccordement 50 dans ces zones de raccordement 57a, 58a, 59a, 60a avec les masses de stockage M1, M2, M3, M4 intermédiaires. De tels moyens de limitation sont également envisageables dans les zones de raccordement 57b, 58b, 59b, 60b en aval, dudit circuit caloporteur de raccordement 50 avec lesdites masses de stockage M1, M2, M3, M4 intermédiaires. D'autres variantes de mise en oeuvre de moyens de limitation sont envisageables ; on peut notamment prévoir des vannes de réglage du débit dans les zones de raccordement en amont 57a, 58a, 59a, 60a et éventuellement en aval 57b, 58b, 59b, 60b. Dans ce cas, les vannes sont commandées par la centrale de gestion en sorte d'assurer que les boucles fonctionnent en respectant strictement une hiérarchie, c'est-à-dire que la masse de stockage M de rang supérieur sera la seule et la première à chauffer ; dès que la température d'équilibre sera atteinte dans la masse de stockage M, la masse de stockage M1 de rang directement inférieur s'échauffera et ce ainsi de suite jusqu'à la masse de stockage M5.
De préférence, des moyens de restriction R1, du type vanne de réglage du débit, sont agencés sur le circuit caloporteur de raccordement 50, entre les deux masses de stockage M1, M2 intermédiaires entre lesquelles son raccordées l'entrée Ep et la sortie Sp du circuit caloporteur 43 de la pompe à chaleur 41. De même, des moyens de restriction R2, du type vanne de réglage du débit, sont agencés sur le circuit caloporteur de raccordement 50, entre les deux masses de stockage M3, M4 intermédiaires entre lesquelles son raccordées l'entrée Ec1 et la sortie Sci du circuit caloporteur 46 de la chaudière à combustion 45. Ces moyens de restriction R1 et R2 sont commandés par la centrale de gestion en fonction de l'utilisation de la chaudière à combustion 45et/ou de la pompe à chaleur 41.
Ainsi, lorsque la chaudière à combustion 45 et la pompe à chaleur 45 sont éteintes, la centrale de gestion laisse les vannes de réglage ouvertes normalement ; dans ce cas, la thermo-circulation s'effectue de la masse de stockage M5 de rang le plus inférieur vers la masse de stockage M de rang supérieur, jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M1 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur jusqu'à saturation de celle-ci et ce ainsi de suite jusqu'à la masse de stockage M5 de rang le plus inférieur. Par ailleurs, le prélèvement de l'énergie se fait dans un ordre inverse, c'est-à-dire que lors d'un prélèvement d'énergie calorifique dans la masse de stockage M de rang supérieur, la masse de stockage M1 de rang directement inférieur va transférer son énergie calorifique vers la masse de stockage M de rang supérieur, de même la masse de stockage M2 va transférer son énergie calorifique vers la masse de stockage M1 de rang directement supérieur, et ainsi de suite jusqu'à la masse de stockage M5. En outre, selon la gestion des restrictions par la centrale de gestion, il est possible de gérer simultanément le chargement en énergie calorifique de certaines des masses de stockage et au contraire le déchargement en énergie calorifique des autres masses de stockage.
Lorsque la chaudière à combustion 45 fonctionne, la centrale de gestion actionne la vanne de réglage de débit constituant les moyens de restriction R2, ce qui permet, par thermo-circulation, d'emmagasiner de la chaleur provenant de ladite chaudière 45, dans la masse de stockage M de rang supérieur jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M1 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur également jusqu'à saturation de celle-ci et ce ainsi de suit jusqu'à la masse de stockage M3. Concomitamment, la thermo-circulation s'effectue de la masse de stockage M5 vers la masse de stockage M4 de rang directement supérieur, jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M5 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur issue des circuits caloporteurs 37,38,39,40 également jusqu'à saturation de celle-ci. Ensuite, lorsque la centrale de gestion neutralise les moyens de restriction R2, l'énergie calorifique emmagasinée dans les masses de stockage M4 et M5 peut, si les masses de stockage M,M1,M2 et M3 ne sont pas déjà saturées, restituer par thermo- circulation cette énergie aux dites masses de stockage en respect de leur ordre hiérarchique. Le principe reste identique lorsque la pompe à chaleur 41 fonctionne seule où, dans ce cas, la centrale de gestion actionne la vanne de réglage de débit constituant les moyens de restriction R1, ce qui permet, par thermo-circulation, d'emmagasiner de la chaleur provenant de ladite pompe à chaleur 41, dans la masse de stockage M de rang supérieur jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M1 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur également jusqu'à saturation de celle-ci. Concomitamment, la thermo-circulation s'effectue de la masse de stockage M5 vers la masse de stockage M2 jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M3 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur issue des circuits caloporteurs 37,38,39,40 également jusqu'à saturation de celle-ci, et ce ainsi de suite jusqu'à la masse de stockage M5. Ensuite, lorsque la centrale de gestion neutralise les moyens de restriction R1, l'énergie calorifique emmagasinée dans les masses de stockage M2, M3, M4 et M5 peut, si les masses de stockage M et M1 ne sont pas déjà saturées, restituer par thermo-circulation cette énergie aux dites masses de stockage en respect de leur ordre hiérarchique.
Il en est de même lorsque concomitamment la chaudière à combustion 45 et la pompe à chaleur fonctionnent où, dans ce cas, la centrale de gestion commande à la fois les moyens de restriction R1 et les moyens de restriction R2, ce qui permet une double subdivision. Cela permet, par thermo-circulation, d'emmagasiner de la chaleur provenant de ladite pompe à chaleur 41, dans la masse de stockage M de rang supérieur jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M1 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur également jusqu'à saturation de celle-ci. Concomitamment, cela permet, par thermo-circulation, d'emmagasiner de la chaleur provenant de ladite chaudière 45, dans la masse de stockage M2 jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M3 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur également jusqu'à saturation de celle-ci. Concomitamment, la thermo-circulation s'effectue de la masse de stockage M5 vers la masse de stockage M4 jusqu'à saturation de celle-ci où la masse de stockage M5 de rang directement inférieur va emmagasiner de la chaleur issue des circuits caloporteurs 37,38,39,40 également jusqu'à saturation de celle-ci. Ensuite, lorsque la centrale de gestion neutralise les moyens de restriction R1 et R2, l'énergie calorifique emmagasinée dans les masses de stockage M1, M2, M3, M4 et M5 peut, si les masse de stockage ne sont pas déjà saturées, restituer par thermo-circulation cette énergie aux dites masses de stockage de rang supérieur en respect de la hiérarchie. Les masses de stockage M, M1, M2, M3, M4, M5 comprennent chacune un circuit en serpentin 51, 52, 53, 54, 55, 56, ou un échangeur thermique lesquels sont raccordés sur ledit circuit caloporteur de raccordement 50 en parallèle, tel qu'illustré en figure 5. De préférence, le liquide caloporteur dans le circuit caloporteur en parallèle 50, véhiculant au travers des masses de stockage, est de l'eau. Par ailleurs, les matériaux ou liquides constituant les masses de stockage M, M1, M2, M3, M4, M5 permettront la constitution de masses passives, à chaleur sensible ou à chaleur latente, c'est-à-dire entraînant respectivement une élévation de température dudit matériau ou un changement d'état de celui-ci lors d'une élévation de température. En outre, ils auront une chaleur massique importante et seront choisis en fonction de leur impact sur l'environnement. De préférence, pour les immeubles à usage d'habitation, les masses seront constituées de ballons remplis d'eau. Tel qu'illustré sur la figure 5, la masse de stockage M de rang supérieur comprend un circuit caloporteur de distribution 62 raccordé en boucle sur ladite masse de stockage M. En outre, ce circuit caloporteur de distribution 62 bouclé forme un serpentin 62' à l'intérieur de cette masse de stockage M. Ce circuit de distribution 62 permet d'alimenter de préférence un circuit de transfert thermique du type plancher chauffant PC, agencé de préférence sur chacun des planchers à savoir le plancher du rez-de-chaussée 8 et les planchers intermédiaires 29,30,31.
De préférence, deux autres circuits de distribution 63,64 bouclés, sont montés également en serpentin 63',64' à l'intérieur de la masse de stockage M, tel qu'illustré en figure 5, et sont raccordés en boucle sur des ballons chauffants BEC1 et BEC2. Le ballon chauffant BEC1 permet d'alimenter un circuit de distribution 65 d'eau potable ou eau chaude sanitaire. Le ballon d'eau chaude BEC2 permet quant à lui d'alimenter un circuit de distribution 66 d'eau de pluie chauffée alimentant par exemple la ou les machines à laver dans l'immeuble. Par ailleurs, les ballons d'eau chaude BEC1 et BEC2 sont équipés à leur sortie d'un apport thermique du type résistance ou chauffe eau instantanée, permettant de chauffer l'eau à une température préconisée uniquement pour le volume consommé, notamment de l'ordre de 60°C évitant le développement de bactéries de type légionelle. Le circuit caloporteur de distribution 62 alimente de préférence d'autres installations chauffantes telles que par exemple un échangeur à plaque de piscine EPP. En outre, ce circuit de distribution thermique 62 alimente également une boucle de sécurité BS. Cette boucle de sécurité est constituée par une boucle de déperdition consistant en un circuit caloporteur disposé par exemple en boucle 67 autour et à l'intérieur des fondations, et/ou en boucle 68 autour du noyau 16, tel qu'illustré en figure 1. Cette boucle de déperdition est raccordée sur le circuit caloporteur de distribution 62 au moyen d'une vanne V1 à deux voies, illustrée en figure 5. Cette vanne V1 est commandée par la centrale de gestion lorsque la température dans la masse de stockage M rang supérieur, mesurée au moyen d'une sonde T, atteint une température seuil de l'ordre de 95°C, ce qui permettra de faire baisser la température dans ledit ballon de masse de rang supérieur. L'installation immobilière 1 comprend un dispositif de collecte des eaux, notamment des eaux de pluie et de condensation, ce dispositif de collecte étant agencé dans l'espacement 13 entre la paroi murale externe 9 et la peau en verre 12. Tel qu'illustré en figure 6, ce dispositif de collecte comprend un circuit de collecte du type gouttière 70 qui se déverse dans une zone de terrassement en V 71, vêtue d'une membrane 72 étanche munie d'au moins un drain 73 raccordé par un circuit d'évacuation 74 à une cuve de stockage enterrée. Par ailleurs, la zone de terrassement en V 71 est remblayée de préférence au moyen de sable 75 présentant une granulométrie croissante. On peut également prévoir des plantations 76 permettant d'éliminer certains éléments polluants ou organiques pouvant se trouver dans l'eau de ruissellement ou de condensation. Par ailleurs, on peut également prévoir le raccordement au moyen de gouttières, de manière similaire, des autres pans de mur et de la toiture de l'immeuble 2, ces gouttières se déversant également dans la cuve de stockage enterrée. Ainsi la cuve de stockage permet de disposer d'une eau froide dont la température est de l'ordre de 13°C. De préférence, cette cuve de stockage voire une autre source en eau froide, est raccordée par un circuit de distribution d'eau froide 77 sur une vanne V2 à trois voies disposée sur le circuit de distribution 62 qui alimente au moins le circuit de transfert thermique du type plancher chauffant PC disposé dans le plancher en rez-de-chaussée 8. Ledit plancher chauffant est dans ce cas utilisé pour produire du froid ; on contribue ainsi au refroidissement de la dalle en béton non isolé du plancher de rez-de-chaussée 8, ce qui permet de refroidir l'immeuble et l'air à proximité des conduits de transfert 22a, 22b. D'autres caractéristiques de la présente invention peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention définie par les revendications ci- après. Les circuits caloporteurs peuvent être équipés d'une pompe à circulation lorsque cela s'avère nécessaire, notamment les circuits caloporteurs formant des boucles de longue distance, telles celles de la chaudière à combustion thermique.
Il en est de même pour le circuit de déperdition et pour les autres circuits de distribution. En outre, on peut prévoir également des sondes de température sur chacune des masse de stockage, les mesures de température de ces sondes étant gérées par la centrale de gestion qui, par exemple, commande les moyens de limitation L1, L2, L3, L4 lorsque ceux-ci consistent en des vannes de réglage du débit, en particulier pour la mise en oeuvre de l'installation 1 sur site industrielle nécessitant un contrôle précis. D'autres masses de stockage peuvent être envisagées selon le nombre d'appareils existants dans l'immeuble et pouvant constituer une source thermique permettant par l'intermédiaire d'un circuit caloporteur de véhiculer du liquide caloporteur, ledit circuit caloporteur étant raccordé soit en entrée et en sortie sur le circuit caloporteur de raccordement 50, de manière similaire aux circuits caloporteurs 43 et 46 provenant de la chaudière à combustion 45 et de la pompe à chaleur 41, soit sur une masse de stockage de manière similaire aux circuits caloporteurs 37, 38, 39, 40 provenant de la paroi d'emmagasinage 36. Par exemple, lorsque l'immeuble comprend à la fois un poêle chaudière à bois et une chaudière au fuel ou au gaz, voire encore un plancher rayonnant externe constitué par exemple d'un circuit caloporteur disposé en serpentin dans une dalle en béton d'une terrasse externe exposée côté sud, ledit circuit étant raccordé en entrée et en sortie sur un ballon de masse. De même, on prévoira également, selon les cas, des moyens de limitation et des moyens de restriction, gérés au besoin par la centrale de gestion. Bien entendu, d'autres sources thermique naturelles peuvent venir compléter ou se substituer à celles déjà décrites comme par exemple les tubes solaires thermiques, les sources naturelles chaudes, des panneaux photo voltaiques, des éoliennes dont l'énergie électrique produite permet par exemple de chauffer de l'eau par le biais d'une résistance électrique, cette eau chauffée étant exploitée par les masses de stockage, voire toute autre source d'énergie naturelle.
Par ailleurs, les sources thermiques d'appoint peuvent avoir des coûts différents selon les périodes ou les contrats établis avec les prestataires de services, tels que les fournisseurs d'électricité ou de gaz. Dans ce cas, la centrale de gestion permet avantageusement d'exploiter ces sources thermiques d'appoint en fonction de la période, en injectant notamment l'énergie calorifique provenant de cette source thermique, dans le circuit caloporteur de raccordement 50, à des niveaux différents selon l'opportunité et le coût de ces énergies à une période donnée. En effet, plus l'énergie est coûteuse plus celle-ci sera injectée en haut du circuit caloporteur de raccordement afin d'utiliser au minimum celle-ci et exploiter avant tout les sources naturelles. En outre, les sources thermiques exploitables ne se limitent pas à celles décrites ci-dessus notamment pour un immeuble à usage d'habitation individuelle ou collectif, en particulier lorsque l'installation trouvera son application dans le domaine industriel où, en plus des énergies naturelles pouvant être récupérées, telles que décrites ci-dessus, il peut être envisagé de capter et d'accumuler les énergies calorifiques perdues lors des process de fabrication, notamment au niveau des installations de refroidissement où par exemple le lubrifiant utilisé pour refroidir la machine ou l'outil de coupe monte en température, l'énergie calorifique développée par cette montée en température du liquide de lubrification ou de refroidissement pouvant éventuellement être exploitée. En outre, dans le cadre d'une mise en oeuvre de l'installation selon la présente invention, en milieu industriel, on pourra éventuellement prévoir l'agencement de pompes à circulation sur le circuit caloporteur de raccordement 50, de telles pompes à circulation assurant une parfaite maîtrise de l'énergie calorifique emmagasinée dans les masses de stockage.

Claims (26)

  1. REVENDICATIONS1. Installation immobilière (1) pour l'exploitation des énergies calorifiques provenant de diverses sources thermiques naturelles (17, 18, 12, 36) et/ou d'appoint (41, 45), constituée d'un immeuble (2) équipés desdites sources thermiques, caractérisée en ce que ladite installation comprend une colonne montante, dite noyau (16), agencée à l'intérieur de l'immeuble et une pluralité de masses de stockage thermique (M, M1, M2, M3, M4, M5) superposées hiérarchiquement à l'intérieur du noyau (16) et raccordées en parallèle au moyen d'un circuit caloporteur de raccordement (50), en ce que des circuits caloporteurs (37,38,39,40,43,46) sont agencés sur les sources thermiques pour capter les énergies calorifiques, lesdits circuits caloporteurs étant raccordés soit directement sur le circuit caloporteur de raccordement (50), soit indirectement sur au moins l'une des masses de stockage (M5) de rang inférieur, et en ce que la masse de stockage (M) de rang supérieur comprend au moins un circuit caloporteur de distribution (62,63,64).
  2. 2. Installation immobilière (1) selon la revendication 1, dans laquelle les masses de stockage (M, M1, M2, M3, M4, M5) sont constituées d'un matériau ou d'un liquide à forte capacité calorifique, soit à chaleur sensible, soit à chaleur latente.
  3. 3. Installation immobilière (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle des moyens de limitation du débit (L1, L2, L3, L4) sont agencés dans les zones de raccordement du circuit caloporteur de raccordement (50) avec les masses de stockage intermédiaires (Ml, M2, M3, M4) situées entre la masse de stockage (M) de rang supérieur et la masse de stockage (M5) de rang le plus inférieur.
  4. 4. Installation immobilière (1) selon la revendication 3, dan laquelle les moyens de limitation du débit (L1, L2, L3, L4) sont constitués par une réduction du diamètre du circuit caloporteur de raccordement (50), dans la zone de raccordement au moins en amont, avec les masses de stockage intermédiaires (M1, M2, M3, M4).
  5. 5. Installation immobilière (1) selon la revendication 3, dans laquelle les moyens de limitation du débit (L1, L2, L3, L4) sont constitués par des vannes de réglage du débit agencées dans les zones de raccordement au moins en amont des masses de stockage intermédiaires (Ml, M2, M3, M4), lesdites vannes étant commandées par une centrale de gestion.
  6. 6. Installation immobilière (1) selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle des moyens de restriction (R1, R2) sont agencés sur le circuit de raccordement (50), entre au moins deux des masses de stockage (M1, M2, M3, M4, M5) de rang inférieur, lesdits moyens de restriction étant commandés par une centrale de gestion.
  7. 7. Installation immobilière (1) selon la revendication 6, dans laquelle les moyens de restriction (R1, R2) sont constitués de vannes de réglage du débit.
  8. 8. Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 6 ou 7, dans 15 laquelle un circuit caloporteur de distribution (62) est raccordé à au moins un circuit de transfert thermique (PC).
  9. 9. Installation immobilière (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle un circuit caloporteur de distribution (63) est raccordé à un ballon chauffant d'eau potable (BEC1), ledit ballon chauffant comprenant, à sa 20 sortie, un appoint thermique pour augmenter la température de l'eau, uniquement sur le volume consommé.
  10. 10.Installation immobilière (1) selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle un circuit caloporteur de distribution (64) est raccordé à un ballon chauffant d'eau de pluie (BEC2), ledit ballon chauffant comprenant, à sa 25 sortie, un appoint thermique pour augmenter la température de l'eau, uniquement sur le volume consommé.
  11. 11.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 8 à 10, dans laquelle un circuit caloporteur de distribution (62) est raccordé sur au moins une boucle de déperdition (67,68) au moyen d'une vanne (V1), la vanne 30 étant actionnée lorsque la masse de stockage (M) de rang supérieur atteint une température de seuil, notamment de 95°C.
  12. 12. Installation immobilière (1) selon l'une des revendications 1 à 11, laquelle comprend des moyens d'amenée d'air à l'intérieur du noyau et des moyens d'aspiration de l'air neuf contenu dans le noyau et d'acheminement de cet air à l'intérieur dudit immeuble.
  13. 13.Installation immobilière (1) selon la revendication 12, dans laquelle l'immeuble comprend des fondations (7), un vide sanitaire (11), un plancher en rez-de-chaussée (8), une paroi murale externe (9) isolée et une toiture (10) isolée, l'installation comprenant une ventilation motorisée centralisée, dite VMC (19), munie d'un conduit (20) de rejet d'air vicié, des moyens de transfert (22a,22b) de l'air agencés au moins entre le plancher en rez-de-chaussée (8) et le vide sanitaire (11), au moins deux puits géothermiques (17,18), dits puits canadiens, et une peau en verre (12) recouvrant avec un espacement (13) une partie de la paroi murale (9) et de la toiture (10) qui bénéficient d'une exposition favorable au soleil, une partie inférieure (16a) du noyau (16) traversant le vide sanitaire (11) et se prolongeant sous les fondations (7), les deux puits canadiens (17,18) débouchant en sortie (17b,18b) dans cette partie inférieure (16a), une seconde partie (16b) du noyau étant érigée jusqu'au faîtage (14) de la toiture (10) et comprenant une ouverture (16c) qui débouche dans l'espacement (13) entre la peau en verre (12) et la toiture (10), le conduit de rejet (20) de la VMC (19) passant dans le noyau central (16) et traversant hermétiquement la sortie (17b) du premier puits canadien (17) pour déboucher à proximité de l'entrée (17a) dudit premier puits, au moins un conduit (21) étant relié hermétiquement à la sortie (18b) du second puits canadien (18) pour déboucher en partie inférieure de l'espacement (13) entre la peau en verre et la paroi murale, les sorties (17b,18b) des puits canadiens (17,18) comprenant chacune un conduit (23,24), des moyens de commande et de fermeture (25) étant agencés entre les deux conduits (23,24) pour les fermer au moins alternativement.
  14. 14.Installation immobilière (1), selon la revendication 13, dans laquelle les moyens de commande et de fermeture (25) sont constitués de trappes de fermeture des deux conduits (23,24) en sortie (17b,18b) des puitscanadiens (17,18), un dispositif d'actionnement des trappes étant agencé pour concomitamment fermer un des conduits et ouvrir l'autre, une centrale de gestion étant agencée pour commander le dispositif d'actionnement.
  15. 15.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 13 ou 14, dans laquelle les moyens de transfert de l'air sont constitués de conduits de transfert (22a,22b) traversant le plancher en rez-de-chaussée (8) pour déboucher d'un côté dans le rez-de-chaussée (3) et de l'autre dans le vide sanitaire (11).
  16. 16.Installation immobilière (3) selon l'une des revendications 13 à 15, dans laquelle le plancher en rez-de-chaussée (8) est en béton non isolé thermiquement du côté supérieur et du côté inférieur, ledit plancher contenant un circuit de transfert thermique (PC) raccordé à un circuit caloporteur de distribution (62).
  17. 17.Installation immobilière (1) selon la revendication 16, dans laquelle une vanne à trois voies (V2) raccorde le circuit de transfert thermique (PC) au circuit caloporteur de distribution (62), un circuit de distribution d'eau froide (77) étant raccordé également sur ladite vanne à trois voies (V2).
  18. 18.Installation immobilière (1) selon la revendication 17, laquelle comprend une cuve de stockage d'eau pluviale, le circuit de distribution d'eau froide (77) étant raccordé sur ladite cuve.
  19. 19.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 13 à 18, dans laquelle la partie de la paroi murale (9) et de la toiture (10) sous la peau en verre (12) est revêtue d'une paroi d'emmagasinage (36) du rayonnement solaire, au moins un circuit caloporteur (37, 38, 39, 40) en serpentin étant disposé sur la paroi d'emmagasinage (36), le circuit caloporteur (37, 38, 39, 40) étant raccordé sur la masse de stockage (M5).
  20. 20.Installation immobilière (1), selon la revendication 19, dans laquelle une pompe à circulation (49) est agencée sur la boucle du ou des circuits caloporteurs (37, 38, 39, 40).
  21. 21.Installation immobilière (1), selon la revendication 20, dans laquelle deux sondes de température (T1,T2) sont agencées pour mesurer les températures au niveau de la masse de stockage (M5) et au niveau du oudes circuits caloporteurs (37, 38, 39, 40), la pompe à circulation (49) étant actionnée lorsque la température de la masse de stockage (M5) est inférieure à la température du ou des circuits caloporteurs (37, 38, 39, 40).
  22. 22.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 13 à 21, dans laquelle un appareil d'appoint du type pompe à chaleur air/liquide (41) est agencé à l'extrémité supérieure du noyau (16), la pompe à chaleur comprenant un circuit caloporteur (43) raccordé en boucle sur le circuit caloporteur de raccordement (50) entre deux masses de stockage (Ml, M2) de rang intermédiaire.
  23. 23.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 13 à 22, dans laquelle l'immeuble (2) est équipé d'au moins un appareil d'appoint du type chauffage à combustion (45), notamment un poêle de masse, cet appareil comprenant un conduit de cheminée (44) érigé à l'intérieur du noyau (16) et débouchant hermétiquement sur l'extérieur en toiture (10), un circuit caloporteur (46) étant enroulé autour du conduit de cheminée (44) et raccordé sur le circuit caloporteur de raccordement (50) entre deux masses de stockage (M3,M4) de rang intermédiaire.
  24. 24.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 13 à 23, dans laquelle un dispositif de collecte (70, 71, 72, 73, 74, 75, 76) des eaux, notamment de pluie et de condensation, est agencé dans l'espacement (13) entre la paroi murale (9) externe et la peau en verre (12), le dispositif de collecte étant raccordé à une cuve de stockage des eaux collectées.
  25. 25.Installation immobilière (1), selon la revendication 24, dans laquelle le dispositif de collecte comprend un circuit de collecte des eaux (70) se déversant dans une zone de terrassement en V (71) située dans l'espacement (43), ladite zone de terrassement en V étant revêtue d'une membrane étanche (72) munie d'au moins un drain (73) raccordé à la cuve de stockage, et remblayée (75).
  26. 26.Installation immobilière (1), selon l'une des revendications 13 à 25, dans laquelle l'immeuble comprend au moins deux étages (3, 4, 5, 6) séparés par un plancher intermédiaire (29, 30, 31), ledit plancher intermédiaire étant aéré.
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