FR3002027A1

FR3002027A1 - Chauffage solaire integral

Info

Publication number: FR3002027A1
Application number: FR1351286A
Authority: FR
Inventors: Didier Demercastel
Original assignee: FINANC DDL & ASSOCIES
Current assignee: FINANC DDL & ASSOCIES
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-08-15
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: FR3002027B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif à capteur solaire thermique (1) et circulation de liquide caloporteur pour climatiser un local (5) par des éléments radiants (21, 22). Une cuve (4) de stockage de liquide caloporteur secondaire est associée au capteur solaire thermique (1) par un circuit solaire primaire (6). Un circuit secondaire de chauffage (20) raccorde les éléments radiants (21, 22) à la cuve (4) de stockage. Un ballon (2) de stockage de liquide caloporteur secondaire est raccordé au circuit secondaire de chauffage (20), avec une vanne trois voies secondaire (14) apte à moduler la proportion de liquide caloporteur secondaire circulant entre les éléments radiants (21, 22) et le ballon (2) ou la cuve (4) de stockage. Une vanne trois voies primaire (8) permet de dériver sélectivement le liquide caloporteur primaire à l'écart de la cuve (4) de stockage. On assure ainsi une bonne régulation des températures respectives du ballon (2) de stockage et de la cuve (4) de stockage, pour un meilleur confort dans le local (5) à climatiser.

Description

I3FDEP.docx I La présente invention concerne la climatisation d'un local et la production d'eau chaude sanitaire par chauffage solaire intégral. On a déjà utilisé des capteurs solaires thermiques pour produire de l'eau chaude sanitaire et comme source d'énergie d'appoint pour le chauffage d'un local. Cependant, les solutions actuellement utilisées ne permettent pas une efficacité suffisante pour utiliser le chauffage solaire comme seule source de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire. En particulier, les capteurs solaires thermiques produisent une énergie calorifique fortement variable dans le temps, notamment entre les périodes de jour et de nuit, et entre les périodes de bon ensoleillement et de mauvais ensoleillement. Il en résulte que l'apport d'énergie calorifique dans le local est trop variable pour assurer un confort satisfaisant, c'est-à-dire une température la plus constante possible.

Les normes d'isolation actuellement ou prochainement en vigueur obligent à réaliser des locaux très isolés de l'atmosphère extérieure. Pour éviter les trains de chaleur immédiatement ressentis dans un local très isolé, il faut que la température de l'eau de chauffage circulant dans les planchers et/ou les parois soit la plus basse possible et juste suffisante pour maintenir le local à la température désirée, par exemple de 19° C à 22° C selon les désirs des utilisateurs. On comprend que les capteurs solaires thermiques ne sont pas capables de délivrer une énergie suffisamment constante pour un confort satisfaisant. Une première idée qui est à la base de l'invention est donc de prévoir des moyens d'accumulation de l'énergie calorifique captée par les capteurs solaires, afin de compenser les périodes où le rayonnement solaire est insuffisant, et afin de lisser les variations de température de l'eau de chauffage. On est alors conduit à prévoir une cuve de stockage contenant un liquide caloporteur en quantité suffisante pour rester dans une plage de température assez réduite tout en étant capable de délivrer l'énergie calorifique nécessaire pour compenser les variations de rayonnement solaire. Toutefois, cela ne suffit pas pour assurer un confort satisfaisant, en particulier en hiver où les périodes d'ensoleillement journalier peuvent être de courte durée. Dans ce cas, en effet, les courtes périodes d'ensoleillement peuvent être insuffisantes pour réchauffer la cuve à grande contenance et atteindre une température suffisante pour la production d'eau chaude sanitaire. La présente invention a ainsi pour but d'assurer la climatisation d'un local par chauffage solaire intégral, tout en assurant une régularité satisfaisante de I3FDEP.docx 2 la température intérieure du local et une production d'eau chaude sanitaire à température satisfaisante. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, la présente invention propose un dispositif de chauffage à capteur solaire thermique et circulation de liquides caloporteurs pour chauffage d'un local, comprenant : - des éléments radiants dans le local à chauffer, dans lesquels circule un liquide caloporteur secondaire provenant d'une source de chaleur, - une cuve de stockage de liquide caloporteur secondaire, munie d'un diffuseur de cuve, - un ballon de stockage de liquide caloporteur secondaire, distinct de la cuve de stockage, ayant un volume plus petit que celui de la cuve de stockage, et muni d'un diffuseur de ballon, - un circuit solaire primaire, raccordé au capteur solaire thermique et au diffuseur de ballon, et apte à faire circuler un liquide caloporteur primaire dans le capteur solaire thermique et le diffuseur de ballon, - une dérivation solaire primaire entre le diffuseur de ballon et le capteur solaire thermique, apte à faire circuler sélectivement le liquide caloporteur primaire en série dans le diffuseur de ballon et le diffuseur de cuve, et apte à interrompre sélectivement la circulation du liquide caloporteur dans le diffuseur de cuve, - un circuit secondaire de chauffage, raccordé aux éléments radiants, et comportant des moyens de raccordement sélectif aptes à faire circuler dans les éléments radiants un liquide caloporteur secondaire provenant sélectivement de la cuve de stockage et/ou du ballon de stockage. La cuve permet de stocker, dans le liquide caloporteur qu'elle contient, une énergie calorifique suffisante pendant les périodes de fort ensoleillement, pour délivrer ensuite cette énergie calorifique aux éléments radiants du local à chauffer pendant les périodes d'ensoleillement insuffisant. Les moyens de raccordement sélectif et le ballon de stockage permettent de maintenir dans le ballon une température plus haute que celle de la cuve de stockage, température plus adaptée pour la fourniture de l'eau chaude sanitaire. En particulier, en hiver, l'apparition du soleil peut être de courte durée, et cette durée serait insuffisante pour conserver à température élevée le liquide caloporteur contenu dans la cuve de stockage.

Pendant les longues périodes d'ensoleillement, les moyens de raccordement sélectif peuvent diriger essentiellement vers la cuve de stockage l'excès de calories prélevé par le capteur solaire thermique, afin d'assurer le 13FDEP.docx 3 stockage de calories dans la cuve de stockage, et afin de ne pas dépasser la limite haute de température dans le ballon de stockage. En période de faible ensoleillement, les moyens de raccordement sélectif peuvent favoriser le stockage d'énergie calorifique dans le ballon de stockage jusqu'à ce que le ballon de stockage atteigne une température satisfaisante pour l'eau chaude sanitaire, et lorsque cette température est atteinte ils peuvent délivrer l'énergie calorifique dans la cuve de stockage. En outre, à l'issue d'une longue période d'ensoleillement insuffisant, si la température de la cuve de stockage vient à être trop basse, les moyens de raccordement sélectif permettent d'utiliser le ballon de stockage comme source d'énergie à température satisfaisante dès l'apparition du soleil, pour assurer le chauffage du local. De préférence, les éléments radiants sont noyés dans une masse de béton, qui apporte une grande inertie thermique et qui lisse les conséquences des variations rapides d'échanges calorifiques entre le local à climatiser et l'atmosphère extérieure, de sorte que le dispositif de climatisation selon l'invention peut fonctionner à température presque constante. En pratique, on pourra programmer les moyens de raccordement sélectif de façon que la température de ballon soit inférieure à 75°C environ.

De telles températures sont satisfaisantes pour la température d'eau chaude sanitaire. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de raccordement sélectif peuvent comprendre une vanne trois voies secondaire ayant deux entrées secondaires raccordées respectivement à l'espace intérieur de la cuve de stockage et à l'espace intérieur du ballon de stockage, et ayant des moyens de commande secondaire aptes à moduler sur une sortie secondaire la proportion entre d'une part le liquide caloporteur secondaire provenant du ballon de stockage et d'autre part le liquide caloporteur secondaire provenant de la cuve de stockage. De préférence, des moyens de commande secondaire pilotent la vanne trois voies secondaire de façon à maintenir en sortie secondaire une température de liquide caloporteur secondaire voisine d'une température prédéterminée. Ladite température prédéterminée est choisie supérieure à la température désirée des éléments radiants, et facilite l'obtention d'une température régulière des éléments radiants, indépendamment de variations éventuelles de température du ballon de stockage. On peut avantageusement prévoir que le circuit secondaire de chauffage comporte en outre une vanne trois voies de régulation, raccordée aux 13FDEP.docx 4 entrées ou sorties des éléments radiants pour moduler la quantité de liquide caloporteur secondaire en provenance de la sortie secondaire et injectée dans les éléments radiants. De préférence, la vanne trois voies de régulation est pilotée par une commande de régulation de façon à maintenir dans les éléments radiants une température de liquide caloporteur voisine d'une température de consigne. En pratique, on peut prévoir que le circuit secondaire de chauffage comporte un tronçon de sortie de cuve reliant l'espace intérieur de la cuve de stockage à une entrée de la vanne trois voies secondaire, un tronçon de sortie de ballon reliant l'espace intérieur du ballon de stockage à une entrée de la vanne trois voies secondaire, un tronçon d'entrée d'éléments radiants reliant la sortie secondaire aux entrées des éléments radiants, un tronçon de dérivation d'éléments radiants reliant les sorties des éléments radiants à la sortie secondaire à travers la vanne trois voies de régulation, un tronçon de retour reliant les sorties des éléments radiants à l'espace intérieur de la cuve de stockage, et un tronçon de renvoi qui relie l'espace intérieur de la cuve de stockage à l'espace intérieur du ballon de stockage. Selon un mode de réalisation avantageux, on prévoit que le circuit solaire primaire comporte une vanne trois voies primaire et des moyens de commande primaire, aptes à faire sélectivement circuler le liquide caloporteur primaire dans le diffuseur de ballon et le capteur solaire thermique à l'exclusion du diffuseur de cuve, et aptes à faire sélectivement circuler le liquide caloporteur secondaire en série dans le ballon de stockage, dans la cuve de stockage et dans le capteur solaire thermique.

Lorsque la vanne trois voies primaire dirige sélectivement le liquide caloporteur primaire à l'écart de la cuve de stockage, l'énergie calorifique prélevée par le capteur solaire thermique est emmagasinée essentiellement dans le ballon, ce qui permet de maintenir dans le ballon une température suffisante même en période de faible ensoleillement.

Inversement, lorsque la vanne trois voies primaire fait circuler le liquide caloporteur primaire à la fois dans le capteur solaire thermique, dans le diffuseur de ballon et dans le diffuseur de cuve, la température du liquide caloporteur primaire est essentiellement déterminée par la température intérieure de la cuve, ce qui permet de limiter la température intérieure du ballon pour la maintenir dans une plage de température de ballon acceptable, par exemple inférieure à 75°C. En pratique, le ballon de stockage peut avantageusement comporter un circuit sanitaire, apte à faire circuler le liquide caloporteur secondaire entre le 13FDEP.docx ballon de stockage et un échangeur sanitaire, pour la production d'eau chaude sanitaire. On comprendra toutefois qu'en l'absence de circuit sanitaire, le ballon de stockage présente les avantages et effets techniques mentionnés précédemment pour la régulation de température des éléments radiants. 5 De préférence, les moyens de commande primaire pilotent la vanne trois voies primaire et une pompe primaire qui force la circulation du liquide caloporteur primaire, de façon à maintenir dans le ballon de stockage une température inférieure à une température haute prédéfinie, avantageusement de 75°C environ. De même, on peut prévoir que les moyens de commande primaire interrompent la circulation du liquide caloporteur primaire dans le diffuseur de cuve lorsque la température intérieure du ballon de stockage est inférieure à la température haute prédéfinie, et rétablissent la circulation de liquide caloporteur primaire dans le diffuseur de cuve lorsque ladite température intérieure du ballon de stockage atteint la température haute prédéfinie.

Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre un ensemble de traitement d'air neuf, associé au local, et comportant : - un caisson de façade, ayant un espace intérieur limité par une paroi extérieure transparente et par une paroi interne absorbante, - un échangeur, logé dans l'espace intérieur du caisson de façade, et parcouru par du liquide caloporteur secondaire dérivé du circuit secondaire de chauffage, - des moyens de mise en circulation d'air, aptes à prélever de l'air à l'extérieur du local, à le forcer à traverser le caisson de façade et à ressortir vers l'intérieur du local par des orifices de distribution d'air, - des moyens d'occultation, aptes à occulter sélectivement la paroi extérieure transparente. L'échangeur parcouru par du liquide caloporteur secondaire dérivé du circuit secondaire de chauffage permet de chauffer si nécessaire l'air neuf provenant de l'atmosphère extérieure. Simultanément, la paroi externe transparente et la paroi interne absorbante du caisson de façade permettent l'absorption d'énergie solaire et l'échauffement de l'air neuf qui parcourt le caisson. Les moyens d'occultation, au contraire, permettent de limiter l'absorption d'énergie solaire pendant les périodes où l'échauffement de l'air neuf n'est pas nécessaire. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif peut comprendre en outre un circuit de rafraîchissement géothermique, ayant au moins un réseau enterré de circulation de liquide caloporteur, une pompe de circulation de rafraîchissement, et des vannes de coupure pour son raccordement sélectif aux 13FDEP.docx 6 éléments radiants tout en interrompant la circulation de liquide caloporteur provenant de la cuve de stockage et du ballon de stockage. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est un diagramme schématique illustrant un dispositif de climatisation à capteur solaire thermique selon un mode de réalisation complet de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un ensemble de traitement d'air neuf selon un mode de réalisation de la présente invention.

On se réfère tout d'abord à la figure 1. On a illustré schématiquement un local 5 que l'on veut climatiser avec le dispositif selon l'invention, et auquel on veut rendre disponible de l'eau chaude sanitaire. Sur la figure 1, les différents organes du dispositif selon l'invention sont illustrés comme étant à l'extérieur du local 5 à climatiser. On comprendra toutefois que ces organes sont, de préférence, logés à l'intérieur du local 5, avantageusement en sous-sol. Dans le local 5 à climatiser, on prévoit des éléments radiants 21 et 22, avantageusement disposés dans les sols, éventuellement dans les plafonds, les escaliers, les murs, par exemple sous forme de plancher chauffant 21 en béton d'un rez-de-chaussée et de plancher chauffant 22 en béton d'un premier étage. Les éléments radiants 21 et 22 sont des canalisations de circulation d'eau de climatisation, en particulier d'eau chaude pour le chauffage en hiver, et éventuellement d'eau froide pour le rafraîchissement en été, noyées dans le plancher et éventuellement le plafond. Les éléments radiants 21 et 22 sont alimentés en liquide caloporteur secondaire par un circuit secondaire de chauffage 20 qui les raccorde à des sources de chaleur 2 et 4. La source de chaleur principale est une cuve 4 de stockage de liquide caloporteur secondaire, ayant un volume suffisant pour constituer une réserve apte à fournir une énergie thermique pendant une durée appropriée. La cuve 4 de stockage de liquide caloporteur secondaire présente ainsi un volume choisi en fonction de la taille du local 5 à climatiser. Par exemple, pour un local 5 de type logement d'environ 120 mètres carrés, le volume de la cuve 4 de stockage pourra être de 1500 à 3000 litres, selon le climat considéré dans la zone géographique tempérée où se trouve le local 5. 13FDEP.docx 7 Selon l'invention, on prévoit en outre un ballon 2 de stockage de liquide caloporteur secondaire, distinct de la cuve 4 de stockage, et muni d'un diffuseur de ballon 7 raccordé à un circuit solaire primaire 6. Le ballon 2 de stockage a un volume inférieur à celui de la cuve 4 de stockage, volume choisi pour être suffisant pour la production d'eau chaude sanitaire. Par exemple un volume de 300 à 500 litres peut convenir pour un logement de 120 m2. Un capteur solaire thermique 1 reçoit l'énergie du soleil et transmet cette énergie à un liquide caloporteur primaire contenu dans le circuit solaire primaire 6 qui le raccorde au diffuseur de ballon 7 logé dans le ballon 2 de stockage. Dans le circuit solaire primaire 6, on prévoit une pompe primaire 9 qui force la circulation de liquide caloporteur primaire dans le circuit solaire primaire 6, afin de transporter l'énergie calorifique prélevée par le capteur solaire thermique 1 pour la transmettre au liquide caloporteur secondaire contenu dans le ballon 2 de stockage.

Le diffuseur de ballon 7 peut avoir une structure habituellement utilisée pour les échanges thermiques entre un liquide contenu dans un réservoir et un circuit solaire primaire 6 dans lequel circule un liquide caloporteur primaire. Dans le circuit solaire primaire 6, on prévoit une dérivation solaire primaire 6e, avec une vanne trois voies primaire 8 apte à diriger sélectivement le liquide caloporteur primaire à l'écart de la cuve 4 de stockage, le liquide étant alors conduit directement depuis la vanne trois voies primaire 8 par un troisième tronçon primaire 6c vers un quatrième tronçon primaire 6d du circuit solaire primaire 6, et apte à diriger sélectivement le liquide caloporteur primaire à la fois dans le diffuseur de ballon 7 et dans le diffuseur de cuve 32, le liquide étant alors conduit par la dérivation solaire primaire 6e. En pratique, comme illustré sur la figure 1, le liquide caloporteur primaire provenant du capteur solaire 1, poussé par la pompe primaire 9, parcourt un premier tronçon primaire 6a du circuit solaire primaire 6 qui l'amène au diffuseur de ballon 7. En sortie du diffuseur de ballon 7, le liquide caloporteur primaire est conduit par un second tronçon primaire 6b du circuit solaire primaire 6 qui l'amène à la vanne trois voies primaire 8 d'où il sort sélectivement soit par la dérivation solaire primaire 6e du circuit solaire primaire 6 pour traverser ensuite un diffuseur de cuve 32 et le quatrième tronçon primaire 6d, soit par le troisième tronçon primaire 6c du circuit solaire primaire 6 pour le conduire directement à nouveau au capteur solaire 1 par le quatrième tronçon primaire 6d. 13FDEP.docx 8 Le capteur solaire thermique 1 peut être constitué d'un ou plusieurs panneaux solaires, dimensionnés selon les besoins. Une surface de 8 à 12 m2 peut convenir pour un local 5 à climatiser d'environ 120 m2. Avantageusement, on prévoit que la cuve 4 de stockage est thermiquement isolée de l'extérieur par une paroi isolante 29, de façon que l'énergie calorifique emmagasinée dans la cuve 4 de stockage ne s'évacue pas de manière inutile dans l'atmosphère extérieure, mais qu'elle soit utilisée essentiellement pour l'alimentation des éléments radiants 21 et 22 du local 5 à climatiser.

Un circuit secondaire de chauffage 20 permet de raccorder aux éléments radiants 21 et 22 le ballon 2 de stockage et/ou la cuve 4 de stockage, pour faire circuler un liquide caloporteur secondaire dans les éléments radiants 21 et 22 en provenance du ballon 2 de stockage et/ou de la cuve 4 de stockage. Dans le circuit secondaire de chauffage 20, on prévoit un tronçon de sortie de cuve 20a, un tronçon de sortie de ballon 20b, un tronçon d'entrée d'éléments radiants 20c, un tronçon de dérivation d'éléments radiants 20d, un tronçon de retour 20e, et un tronçon de renvoi 20f. Le tronçon de sortie de cuve 20a et le tronçon de sortie de ballon 20b mettent en communication les espaces intérieurs respectifs de la cuve 4 de stockage et du ballon 2 de stockage avec deux entrées respectives 14a et 14b d'une vanne trois voies secondaire 14 ayant une sortie secondaire 14c raccordée au tronçon d'entrée d'éléments radiants 20c et au tronçon de dérivation d'éléments radiants 20d. Le tronçon de renvoi 20f raccorde l'intérieur de la cuve 4 de stockage et l'intérieur du ballon 2 de stockage. Le tronçon de retour 20e raccorde la sortie des éléments radiants 22 et 21 à l'intérieur de la cuve 4 de stockage. Le tronçon d'entrée d'éléments radiants 20c raccorde la sortie secondaire 14c aux entrées des éléments radiants 21, 22. Le tronçon de dérivation d'éléments radiants 20d raccorde les sorties des éléments radiants 21, 22 à la sortie secondaire 14c. Une vanne de coupure de chauffage 3 permet l'ouverture du circuit secondaire de chauffage 20 pour le chauffage l'hiver, et permet la coupure du circuit secondaire de chauffage 20 l'été. Une vanne trois voies de régulation 65 est interposée entre les sorties des éléments radiants 21, 22 et d'une part le tronçon de retour 20e et d'autre part le tronçon de dérivation d'éléments radiants 20d.

Une pompe secondaire d'injection 67 est interposée entre la vanne trois voies secondaire 14 et le tronçon d'entrée d'éléments radiants 20c. Elle peut être 13FDEP.docx 9 éventuellement remplacée par deux pompes immergées 13, placées respectivement dans le ballon 2 de stockage et dans la cuve 4 de stockage. Le ballon 2 de stockage de liquide caloporteur secondaire est associé à un circuit sanitaire 40, apte à faire circuler le liquide caloporteur secondaire entre le ballon 2 de stockage et un échangeur sanitaire 41 pour la production d'eau chaude sanitaire dans un circuit de distribution d'eau chaude sanitaire 48. En alternative, l'échangeur sanitaire pourrait être placé directement dans le ballon 2 de stockage. La vanne trois voies secondaire 14 est apte à moduler la proportion du liquide caloporteur secondaire, destinée aux éléments radiants 21 et 22, et provenant soit du ballon 2 de stockage soit de la cuve 4 de stockage, et constitue ainsi un moyen de raccordement sélectif. Ce moyen de raccordement sélectif permet de moduler sur sa sortie secondaire 14c la proportion entre d'une part le liquide caloporteur secondaire provenant du ballon 2 de stockage et d'autre part le liquide caloporteur secondaire provenant de la cuve 4 de stockage. On peut ainsi adapter la température du liquide caloporteur secondaire traversant la sortie secondaire 14c. Dans la réalisation illustrée, la cuve 4 de stockage est en outre associée à un circuit de chauffage de piscine, qui fait circuler le liquide caloporteur secondaire prélevé dans la cuve 4 de stockage vers un échangeur de piscine 43, par une canalisation d'alimentation 38 et une canalisation de retour 39. On comprend que ce circuit de chauffage de piscine constitue un mode de réalisation particulier optionnel. De façon également optionnelle, on peut prévoir aussi un circuit de rafraîchissement géothermique 37, par exemple tel qu'illustré sur la figure 1, avec deux réseaux enterrés 35 et 35 bis de circulation de liquide caloporteur, une pompe de circulation de rafraîchissement 19, une vanne trois voies de rafraîchissement 17 pilotée par un dispositif de commande de rafraîchissement 16, des canalisations 33 et 34 pour faire circuler le fluide caloporteur entre les réseaux enterrés 35 et 35 bis et les éléments radiants 21 et 22. Une vanne de coupure de rafraîchissement 3 bis permet d'isoler le circuit de rafraîchissement géothermique 37 vis-à-vis du circuit de chauffage secondaire 20 en hiver, et d'ouvrir la circulation du fluide entre le circuit de rafraîchissement géothermique 37 et les éléments radiants 21 et 22 l'été, la vanne de coupure de chauffage 3 étant alors fermée. Dans le circuit de rafraîchissement géothermique 37, le fait de prévoir deux réseaux enterrés 35 et 35 bis dans les fondations de la maison permet de les faire fonctionner en intermittence pour éviter de saturer le sol en calories et pour conserver son action de rafraîchissement. 13FDEP.docx 10 Dans le local 5 à climatiser, on peut en outre avantageusement prévoir, de façon optionnelle, un ensemble de traitement d'air neuf 50, apte à prélever de l'énergie calorifique du circuit secondaire de chauffage 20 pour l'incorporer à de l'air neuf destiné à pénétrer dans le local 5 à climatiser. Pour cela, une dérivation d'entrée 49 prélève une partie du liquide caloporteur secondaire dans le tronçon d'entrée d'éléments radiants 20c pour l'amener à l'ensemble de traitement d'air neuf 50, lequel liquide resort ensuite de l'ensemble de traitement d'air neuf par une dérivation de sortie 51 vers le tronçon de retour 20e, pour le chauffage en hiver. Une vanne de coupure de chauffage 60 permet le passage de liquide caloporteur secondaire en hiver, et permet d'interrompre le passage de liquide caloporteur secondaire en été. Pour le refroidissement de l'air neuf en été, on prévoit de la même manière une dérivation d'entrée de rafraîchissement 54 depuis la canalisation 33, et une dérivation de sortie de rafraîchissement 18 vers la canalisation 34.

En pratique, l'ensemble de traitement d'air neuf 50 peut être constitué comme illustré sur la figure 2. Dans ce mode de réalisation, l'ensemble de traitement d'air neuf 50 est incorporé dans une paroi extérieure du local 5, et forme ainsi une partie d'une paroi extérieure de préférence orientée pour recevoir le rayonnement solaire.

Le dispositif de traitement d'air neuf comprend un caisson 52 de façade, ayant un espace intérieur limité par une paroi extérieure 58 transparente, par exemple en verre démontable et par une paroi interne 62 absorbante, par exemple une tôle noire. Un radiateur 59 est disposé à l'intérieur du caisson 52 de façade, et est raccordé aux dérivations d'entrée 49 et 54 et aux dérivations de sortie 51 et 18.

De l'air neuf peut pénétrer par une entrée inférieure 64 depuis l'extérieur du local 5 à climatiser, poussé par un ventilateur 56 et filtré par un filtre 57. L'air neuf traverse le caisson 52 de façade en venant au contact du radiateur 59 pour son réchauffement en hiver ou son refroidissement en été. L'air neuf sort ensuite vers le local 5 à climatiser par des sorties supérieures 63. Le rayonnement solaire 'peut pénétrer dans le caisson 52 de façade par la paroi extérieure 58 transparente. Le réchauffement par le rayonnement solaire peut toutefois être limité par un store 55 pouvant être déroulé à l'extérieur devant la paroi extérieure 58. En pratique, on peut prévoir une sortie d'air neuf 63 dans chaque pièce du local 5 à climatiser, et un système d'extraction d'air à débit contrôlé en fonction de l'hydrométrie des pièces du local 5 à climatiser. La paroi extérieure 58 transparente peut avoir une surface d'environ 2 à 3 m2, pour un local 5 de 120 m2 environ. 13FDEP. do cx 11 En considérant à nouveau la figure 1, on distingue en outre des ballons de dilatation avec soupapes de sécurité 30 et 31, une électrovanne 36 dans le circuit de réchauffage de piscine, une commande de traitement d'air neuf 53. Une commande primaire 8a pilote la vanne trois voies primaire 8 en fonction d'un programme de pilotage primaire et de signaux de température fournis par des capteurs de température dans les différentes parties du circuit, notamment dans la cuve 4 de stockage et dans le ballon 2 de stockage. Une commande secondaire 14d pilote la vanne trois voies secondaire 14 en fonction d'un programme de pilotage secondaire pour moduler sur sa sortie secondaire 14c la proportion entre les débits de liquide caloporteur provenant du ballon 2 de stockage et de la cuve 4 de stockage, de façon à maintenir en sortie secondaire 14c une température de liquide caloporteur secondaire voisine d'une température prédéterminée, par exemple 26°C environ. Une commande de régulation 66 pilote la vanne trois voies de régulation 65 en fonction d'un programme de pilotage de régulation de façon à maintenir dans les éléments radiants 21 et 22 une température de liquide caloporteur secondaire proche d'une température de consigne assurant dans le local 5 le maintien d'une température appropriée choisie par l'utilisateur, par exemple 20°C environ. Les commandes 8a, 14d et 66 peuvent comprendre un ou plusieurs microprocesseurs, des mémoires associées dans lesquelles sont enregistrés les programmes de commande, et des interfaces pour la connexion aux capteurs et aux actionneurs des vannes trois voies respectives 8, 14 et 65. Le dispositif selon l'invention permet une adaptation aux conditions d'ensoleillement et de température extérieure, en mettant en oeuvre des séquences de fonctionnement telles que celles qui sont exposées ci-après. En hiver, l'apparition du soleil peut être de courte durée. Réchauffer 2000 litres d'eau ou plus nécessite du temps. Pour cela, l'invention prévoit un ballon 2 de stockage de plus faible volume, par exemple 300 à 500 litres, qui peut atteindre des températures de 50 degrés ou plus en quelques heures seulement.

Lorsque le liquide caloporteur secondaire dans la cuve 4 de stockage vient à descendre au-dessous d'une température haute prédéfinie, avantageusement de 75°C environ, le liquide caloporteur secondaire contenu dans le ballon 2 de stockage peut être utilisé pour compenser le manque de température du liquide caloporteur secondaire dans la cuve 4 de stockage, en faisant en sorte que la commande secondaire 14d pilote la vanne trois voies secondaire 14 pour prélever une partie du liquide caloporteur secondaire provenant du ballon 2 de stockage, afin que la température du liquide caloporteur à sa sortie 14c soit voisine 13FDEP.docx 12 de la température prédéterminée, par exemple 26°C environ, et en faisant en sorte que la commande primaire 8a pilote la vanne trois voies primaire 8 pour forcer la circulation du fluide caloporteur primaire par le troisième tronçon primaire 6c, à l'écart de la cuve 4 de stockage, visant à maintenir la température intérieure du ballon 2 de stockage à une valeur suffisamment haute, par prélèvement de toute l'énergie solaire du capteur solaire 1. A contrario, pendant les longues périodes d'ensoleillement, l'excès de calories récupéré par le capteur solaire thermique 1 est alors redirigé vers la cuve 4 de stockage par la vanne trois voies primaire 8 et la dérivation solaire primaire 6e, pour éviter que la température intérieure du ballon 2 de stockage dépasse la température haute prédéfinie, avantageusement de 75°C environ. En période de faible ensoleillement, et/ou lorsque la température du liquide caloporteur secondaire du ballon 2 de stockage est inférieure à une température satisfaisante, la vanne trois voies primaire 8 dérive le fluide caloporteur primaire par le troisième tronçon primaire 6c pour diriger vers le ballon 2 de stockage toute l'énergie calorifique du panneau solaire thermique 1. Dès que le ballon 2 de stockage atteint une température satisfaisante, la vanne trois voies primaire 8 rétablit la circulation du fluide caloporteur primaire dans la cuve 4 de stockage, pour éviter la surchauffe du ballon 2 de stockage.

En fonctionnement normal, une régulation de température intérieure de la cuve 4 de stockage et du ballon 2 de stockage peut aussi être assurée par le fait que la commande primaire 8a pilote la vitesse de la pompe primaire 9 qui elle-même force la circulation du liquide caloporteur primaire. Une alimentation en eau fraîche 25, une décharge 44 et une vanne de décharge 45 permettent de maintenir dans le ballon 2 de stockage et dans la cuve 4 de stockage un niveau satisfaisant de liquide caloporteur secondaire, et de limiter éventuellement les excès de température dans la cuve 4 de stockage. La température du liquide caloporteur dans le ballon 2 de stockage est ainsi maintenue dans une plage de température de ballon de 30°C à 75°C, tandis que la température du liquide caloporteur dans la cuve 4 de stockage est maintenue dans une plage de température de cuve de 25°C à 35°C. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.35

Claims

REVENDICATIONS1 - Dispositif de chauffage à capteur solaire thermique (1) et circulation de liquides caloporteurs pour chauffage d'un local (5), comprenant : - des éléments radiants (21, 22) dans le local (5) à chauffer, dans lesquels circule un liquide caloporteur secondaire provenant d'une source de chaleur (2, 4), caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une cuve (4) de stockage de liquide caloporteur secondaire, munie d'un diffuseur de cuve (32), - un ballon (2) de stockage de liquide caloporteur secondaire, distinct de la cuve (4) de stockage, ayant un volume plus petit que celui de la cuve (4) de stockage, et muni d'un diffuseur de ballon (7), - un circuit solaire primaire (6), raccordé au capteur solaire thermique (1) et au diffuseur de ballon (7), et apte à faire circuler un liquide caloporteur primaire dans le capteur solaire thermique (1) et le diffuseur de ballon (7), - une dérivation solaire primaire (6e) entre le diffuseur de ballon (7) et le capteur solaire thermique (1), apte à faire circuler sélectivement le liquide caloporteur primaire en série dans le diffuseur de ballon (7) et le diffuseur de cuve (32), et apte à interrompre sélectivement la circulation du liquide caloporteur dans le diffuseur de cuve (32), - un circuit secondaire de chauffage (20), raccordé aux éléments radiants (21, 22), et comportant des moyens de raccordement sélectif (14) aptes à faire circuler dans les éléments radiants (21, 22) un liquide caloporteur secondaire provenant sélectivement de la cuve (4) de stockage et/ou du ballon (2) de stockage.
2 - Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de raccordement sélectif comprennent une vanne trois voies secondaire (14) ayant deux entrées secondaires (14a, 14b) raccordées respectivement à l'espace intérieur de la cuve (4) de stockage et à l'espace intérieur du ballon (2) de stockage, et ayant des moyens de commande secondaire (14d) aptes à moduler sur une sortie secondaire (14c) la proportion entre d'une part le liquide caloporteur secondaire provenant du ballon (2) de stockage et d'autre part le liquide caloporteur secondaire provenant de la cuve (4) de stockage.
3 - Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commande secondaire (14d) pilotent la vanne trois voies secondaire (14) de façon à maintenir en sortie secondaire (14c) une température de liquide caloporteur secondaire voisine d'une température prédéterminée.
4 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit secondaire de chauffage comporte en outre une13FDEP. docx 14 vanne trois voies de régulation (65), raccordée aux entrées ou sorties des éléments radiants (21, 22) pour moduler la quantité de liquide caloporteur secondaire en provenance de la sortie secondaire (14c) et injectée dans les éléments radiants (21, 22).
5 - Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne trois voies de régulation (65) est pilotée par une commande de régulation (66) de façon à maintenir dans les éléments radiants (21, 22) une température de liquide caloporteur voisine d'une température de consigne.
6 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le circuit secondaire de chauffage comporte : - un tronçon de sortie de cuve (20a), reliant l'espace intérieur de la cuve (4) de stockage à une entrée (14a) de la vanne trois voies secondaire (14), - un tronçon de sortie de ballon (20b), reliant l'espace intérieur du ballon (2) de stockage à une entrée (14b) de la vanne trois voies secondaire (14), - un tronçon d'entrée d'éléments radiants (20c), reliant la sortie secondaire (14c) aux entrées des éléments radiants (21, 22), - un tronçon de dérivation d'éléments radiants (20d), reliant les sorties des éléments radiants (21, 22) à la sortie secondaire (14c) à travers la vanne trois voies de régulation (65), - un tronçon de retour (20e), reliant les sorties des éléments radiants (21, 22) à l'espace intérieur de la cuve (4) de stockage, - un tronçon de renvoi (20f), qui relie l'espace intérieur de la cuve (4) de stockage à l'espace intérieur du ballon (2) de stockage.
7 - Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit solaire primaire (6) comporte une vanne trois voies primaire (8) et des moyens de commande primaire (8a), aptes à faire sélectivement circuler le liquide caloporteur primaire dans le diffuseur de ballon (7) et le capteur solaire thermique (1) à l'exclusion du diffuseur de cuve (32), et aptes à faire sélectivement circuler le liquide caloporteur secondaire en série dans le ballon (2) de stockage, dans la cuve (4) de stockage et dans le capteur solaire thermique (1).
8 - Dispositif de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande primaire (8a) pilotent la vanne trois voies primaire (8) et une pompe primaire (9) qui force la circulation du liquide caloporteur primaire, de façon à maintenir dans le ballon (2) de stockage une température inférieure à une température haute prédéfinie, avantageusement de 75°C environ.13FDEP.docx 15
9 - Dispositif de chauffage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de commande primaire (8a) interrompent la circulation du liquide caloporteur primaire dans le diffuseur de cuve (32) lorsque la température intérieure du ballon (2) de stockage est inférieure à la température haute prédéfinie, et rétablissent la circulation de liquide caloporteur primaire dans le diiffuseur de cuve (32) lorsque ladite température intérieure du ballon (2) de stockage atteint la température haute prédéfinie. - Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ballon (2) de stockage comporte un circuit sanitaire 10 (40), apte à faire circuler le liquide caloporteur secondaire entre le ballon (2) de stockage et un échangeur sanitaire (41), pour la production d'eau chaude sanitaire. 11 - Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble de traitement d'air neuf (50), associé au local (5), et comportant : - un caisson (52) de façade, ayant un espace intérieur limité par une paroi extérieure (58) transparente et par une paroi interne (62) absorbante, - un échangeur (59), logé dans l'espace intérieur du caisson (52) de façade, et parcouru par du liquide caloporteur secondaire dérivé du circuit secondaire de chauffage (20), - des moyens de mise en circulation d'air (56), aptes à prélever de l'air à l'extérieur du local, à le forcer à traverser le caisson de façade (52) et à ressortir vers l'intérieur du local par des orifices de distribution d'air (63), - des moyens d'occultation (55), aptes à occulter sélectivement la paroi extérieure (58) transparente. 12 - Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de rafraîchissement géothermique (37), ayant au moins un réseau enterré (35, 35 bis) de circulation de liquide caloporteur, une pompe de circulation de rafraîchissement (19), et des vannes de coupure (3, 3 bis) pour son raccordement sélectif aux éléments radiants (21, 22) tout en interrompant la circulation de liquide caloporteur provenant de la cuve (4) de stockage et du ballon (2) de stockage.