WO2019180344A1 - Systeme de chauffage hybride - Google Patents

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    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Definitions

  • the present invention relates to the field of heating buildings and particularly individual homes.
  • the object of the invention is to provide a heating system having a higher efficiency than that of a conventional boiler.
  • the invention provides a heating system which comprises a thermodynamic water heater for heating the water of a primary circuit, a circuit for heating a building and a primary heat exchanger between the water in the primary circuit and a heating fluid in the heating circuit.
  • the heating fluid may be water and the primary exchanger may be a water / water heat exchanger.
  • the heating fluid may be air and the primary exchanger be a water / air exchanger.
  • the water heater includes a booster heater for heating the primary circuit water.
  • the system comprises an inlet heat exchanger connected to a fresh air inlet of the water heater, this exchanger being provided for exchanging calories between stale air extracted from the building by a VMC circuit and this fresh air.
  • the system comprises solar water heater means and a circuit for preheating the fluid in the heating circuit, upstream of the primary heat exchanger.
  • These solar water heater means may include: a solar collector, and,
  • the preheating means comprise:
  • a preheating exchanger for exchanging calories between water in the preheating pipe and the fluid in the heating circuit.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment for a heating system according to the invention
  • - Figure 2 is a schematic view of a second embodiment for a heating system according to the invention, including a hot air recovery circuit of a controlled mechanical ventilation (VMC); and, - Figure 3 is a schematic of a first embodiment for a heating system according to the invention, including the hot air recovery circuit of the controlled mechanical ventilation and a solar water heater circuit.
  • VMC controlled mechanical ventilation
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment for the heating system 1.
  • the system comprises a thermodynamic water heater 6 and a heating circuit 7.
  • the heating circuit is a water circuit comprising:
  • radiators 8 with hot water, only one of which is shown;
  • a circulator 9 installed on a common pipe 10, for circulating the heating water in the circuit;
  • a distributor 11 for distributing the heating water, hot, from the common pipe 10 towards each radiator 8;
  • a collector 12 for collecting the cooled heating water coming from the radiators 8 and returning this cooled water to the common pipe;
  • a primary exchanger 14 water-water type, mounted on the common pipe 10, for heating the heating water flowing in the common pipe 10.
  • the primary heat exchanger is a plate heat exchanger. This makes it possible to have a large exchange surface in a small volume.
  • the water heater 6 is especially designed to produce domestic hot water through a hot water circuit.
  • the water heater includes an ambient air inlet 16 for collecting ambient air in the room where it is located.
  • H also comprises an air outlet 17 for the air cooled and then discharged by the water heater.
  • An exhaust duct 18 makes it possible to evacuate the air discharged from the outlet 17 to the outside of the house 2, through the wall 3.
  • the system 1 further comprises a primary circuit 20.
  • the primary exchanger 14 is also mounted on the primary circuit 20.
  • This primary circuit further comprises a circulator 21 for circulating the primary water produced by the water heater. Traveling through the exchanger 14, the primary water warms the heating water.
  • the domestic hot water circuit can serve as a primary circuit; thus, the domestic hot water first runs through the exchanger 14 and, once warm, will supply the sanitary equipment - shower, washbasins, etc.
  • the domestic hot water can be produced by the water heater 6 in an independent circuit.
  • the exchanger 14 can be replaced by an exchanger integrated with the hot water tank 6, which makes it possible to dispense with the circulator 21.
  • the system 1 comprises a forced ventilation circuit 25 or VMC (acronym for: Controlled Mechanical Ventilation).
  • VMC acronym for: Controlled Mechanical Ventilation
  • the VMC circuit 25 is designed to extract stale air from rooms in the house. It includes: at least one motorized extraction box 26;
  • suction ducts 27 for conducting the exhaust air to the caisson
  • a cap 29 forming an outlet for the outlet sheath 28, through the roof 4.
  • the system also comprises a sampling duct 31 of ambient air, for bringing the ambient air to the air inlet 16 of the water heater 6.
  • the system 1 further comprises an air / air inlet exchanger 32 mounted, on the one hand, in series with the outlet sheath 28 of the VMC and, on the other hand, in series with the sampling duct 31. arranged, this heat exchanger makes it possible to recover the calories from the stale air before it is released outside the house and to heat the ambient air taken with the help of the recovered colories.
  • the second embodiment therefore has an improved performance compared to the first embodiment, since it makes it possible to recover calories that would otherwise be rejected externally by mechanical ventilation.
  • the system 1 comprises a solar circuit 40 and a preheating circuit 50.
  • the solar circuit 40 comprises a sensor 41, a hot water cylinder 42, a water pipe 43 for conveying the solar calories from the sensor 41 to the balloon 42 and a pump 44 for circulating the water in the pipe 43.
  • the preheating circuit 50 comprises a preheating pipe 51, a third circulator 52 and a preheating exchanger 53.
  • the circulator circulates preheating water in the pipe 43.
  • the preheating water 43 is provided to transport calories accumulated in the balloon 42 to the preheating exchanger 53.
  • the preheating exchanger 53 is a water / water exchanger. It is mounted in series, on the one hand, on the preheating pipe 51 and, on the other hand, with the common pipe 10. It is disposed on the common pipe 10 before the primary heat exchanger 14. Thus arranged, the preheating exchanger makes it possible to preheat the heating water before it is brought to a temperature adapted to the heating by the water heater 6.
  • the nominal power of the thermodynamic water heater 6 can be reduced compared to that of the first embodiment. Indeed, calories are taken elsewhere, in a VMC circuit and / or a solar circuit and preheating 40,50. 11 is the same for the thermodynamic water heater of the third embodiment, compared with those of the first and second embodiments.
  • the set temperature T ° of the water leaving the water heater 6 is preferably greater than or equal to 40 degrees centigrade, advantageously close to 50 degrees; it can be adjustable.
  • the water heater 6 can operate in an economical mode, purely thermodynamically. It can also operate in a reinforced mode, in which the water is heated thermodynamically and by the auxiliary resistance.
  • the water heater can also be equipped with a hot water tank.
  • a hot water tank Thus, the operation of the water heater can be stopped during the night, so that the heating becomes almost silent. Only the hot water of the tank ensuring the heating of the water of the common pipe.
  • the heating system can be more easily implanted in a dwelling, even close to a room, without hindering the sleep of the occupants.
  • a tank 61 may have a capacity of 200 or 300 liters. If the capacity or temperature of the tank is not sufficient, the booster heater can be used for silent night heating.
  • a housing that does not include a VMC it is possible to recreate a stale exhaust air circuit from certain rooms to the room where a system according to the invention is installed by installing ventilation grids near the ceilings of the rooms. rooms and arranging crossings in the upper part of the walls. The circulation of the air is driven by the depression generated at the air inlet 16 of the water heater 6.
  • the water heater 6 has a functional logic that favors the production of water for heating rather than the production of sanitary water.
  • a heating setpoint is controlled by a temperature probe 62 placed in the upper part of the tank 61. It is no longer necessary to have a probe in the lower part of the tank, unless you want to keep the water in the tank frost free. To avoid too fast cycling, a delay of a few minutes is used before any start, after the set temperature has been reached.
  • the water heater 6 comprises a control panel 63 which incorporates a clock. This clock advantageously allows programming a daily night stop.
  • the control panel also makes it possible to choose the set temperature of the probe 62, for example in an interval of between 40 ° C. and 50 ° C., for example depending on whether the heating network is a low or high temperature network.
  • the control panel can also allow to choose between the economic mode, strictly thermodynamic, and the reinforced mode, also using the auxiliary resistance.
  • a timer is used, so that if the setpoint temperature is reached in thermodynamic mode before the end of this delay, the resistor is not used. This delay can be about 15 minutes.
  • the water heater has a power of about 2,000 Watts for the thermodynamic function and a backup resistance of about 1,000 Watts.
  • a system according to the invention may comprise a preheating circuit using solar energy, as in the third embodiment, but no VMC circuit.
  • the heating circuit can be an air heating circuit.
  • the primary exchanger is a water / air exchanger.
  • thermodynamic water heater as a means of heating a dwelling in place of a boiler using fossil energy is particularly advantageous. Indeed, in the case of the first embodiment, it provides an economic return at least twice higher. This performance is further improved in the case of the second and third embodiments.

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Abstract

L'invention porte sur un système de chauffage central comprenant un chauffe- eau thermodynamique 6 pour chauffer l'eau d'un circuit primaire 20, un circuit de chauffage 7 comprenant des radiateurs, et, un échangeur 14 pour échanger des calories entre l'eau du circuit primaire et l'eau du circuit de chauffage.

Description

SYSTEME PE CHAUFFAGE HYBRIDE.
La présente invention se rapporte au domaine du chauffage des immeubles et particulièrement des maisons individuelles.
Les chaudières classiques, n'utilisant pas de condensation, ont un rendement moyen de 0,8 ce qui est faible. Une chaudière à condensation a un rendement supérieur, mais son coût à l'achat est plus élevé.
Le but de l'invention est de proposer un système de chauffage ayant un rendement supérieur à celui d'une chaudière classique. Pour atteindre son but, l’invention propose un système de chauffage qui comprend un chauffe-eau thermodynamique pour chauffer l’eau d'un circuit primaire, un circuit pour le chauffage d'un bâtiment et un échangeur primaire entre l'eau dans le circuit primaire et un fluide de chauffage dans le circuit de chauffage.
Le fluide de chauffage peut être de l'eau et l'échangeur primaire être un échangeur eau/eau. Le fluide de chauffage peut être de l'air et l'échangeur primaire être un échangeur eau/air. De préférence, le chauffe-eau comprend une résistance électrique d'appoint pour chauffer Feau du circuit primaire.
Avantageusement, le système comprend un échangeur d'entrée relié à une entrée d'air frais du chauffe-eau, cet échangeur étant prévu pour échanger des calories entre de l'air vicié extrait du bâtiment par un circuit VMC et cet air frais. Avantageusement, le système comprend des moyens de chauffe-eau solaire et un circuit pour préchauffer le fluide dans le circuit de chauffage, en amont de l'échangeur primaire. Ces moyens de chauffe-eau solaire peuvent comprendre : un capteur solaire, et,
un ballon pour de l'eau chauffée par ce capteur ; et,
les moyens de préchauffage comprendre :
une conduite de préchauffage,
des moyens pour faire circuler Feau dans cette conduite, et,
un échangeur de préchauffage pour échanger des calories entre Feau dans la conduite de préchauffage et le fluide dans le circuit de chauffage.
Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation pour un système de chauffage selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation pour un système de chauffage selon l'invention, incluant un circuit de récupération de l'air chaud d'une ventilation mécanique contrôlée (VMC) ; et, - la figure 3 est une schématique d'un premier mode de réalisation pour un système de chauffage selon l'invention, incluant le circuit de récupération de l’air chaud de la ventilation mécanique contrôlée et un circuit de chauffe-eau solaire.
Les figures illustrent un système 1 pour le chauffage d’une maison 2. Aux figures, la maison 2 est représentée par un élément de mur 3 ou un élément de toiture 4. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation pour le système de chauffage 1. Le système comprend un chauffe-eau thermodynamique 6 et un circuit de chauffage 7. Le circuit de chauffage est un circuit à eau comprenant :
- au moins un ou plusieurs radiateurs 8 à eau chaude, dont un seul est représenté ;
- un circulateur 9, installé sur une conduite commune 10, pour faire circuler l'eau de chauffage dans le circuit ;
- un distributeur 11 pour répartir l’eau de chauffage, chaude, depuis la conduite commune 10 en direction de chaque radiateur 8 ;
- un collecteur 12 pour recueillir l’eau de chauffage, refroidie, venant des radiateurs 8 et renvoyer cette eau refroidie dans la conduite commune ; et,
- un échangeur primaire 14, de type eau-eau, monté sur la conduite commune 10, pour réchauffer l’eau de chauffage qui circule dans cette conduite commune 10.
Dans l’exemple illustré, l’échangeur primaire est un échangeur à plaques. Ceci permet d’avoir une grande surface d’échange dans un faible volume. Le chauffe-eau 6 est notamment prévu pour produire de l'eau chaude sanitaire grâce à un circuit d'eau chaude sanitaire. Le chauffe-eau comprend notamment une entrée d'air ambiant 16, pour prélever de l'air ambiant dans la pièce où il se trouve. H comprend aussi une sortie d'air 17 pour l'air refroidi puis refoulé par le chauffe-eau. Une gaine d'évacuation 18 permet d'évacuer l'air refoulé depuis la sortie 17 jusqu'à l'extérieur de la maison 2, au travers du mur 3.
Le système 1 comprend en outre un circuit primaire 20. L'échangeur primaire 14 est aussi monté sur le circuit primaire 20 Ce circuit primaire comprend en outre un circulateur 21 pour y faire circuler de l'eau primaire produite par le chauffe-eau. En parcourant l'échangeur 14, l'eau primaire réchauffe l'eau de chauffage.
Le circuit d'eau chaude sanitaire peut servir de circuit primaire ; ainsi, l'eau chaude sanitaire parcourt d'abord l'échangeur 14 puis, une fois tiédie, va alimenter les équipements sanitaires - douche, lavabos, etc. Dans une version alternative, l'eau chaude sanitaire peut être produite par le chauffe-eau 6 dans un circuit indépendant. Dans un mode de réalisation avantageux, non illustré, l'échangeur 14 peut être remplacé par un échangeur intégré au ballon d'eau chaude 6, ce qui permet de se dispenser du circulateur 21.
On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation pour le système 1 , en référence à la figure 2, en ce qu'il diffère de celui précédemment décrit.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le système 1 comprend un circuit de ventilation forcée 25 ou VMC (acronyme de : Ventilation Mécanique Contrôlée). Le circuit VMC 25 est prévu pour extraire de l'air vicié de pièces de la maison. Il comprend notamment : - au moins un caisson d'extraction motorisé 26 ;
- des gaines d'aspiration 27 pour conduire l'air vicié jusqu'au caisson ;
- une gaine de sortie 28 pour conduire l'air vicié sortant du caisson ; et,
- un chapeau 29 formant une sortie pour la gaine de sortie 28, au travers de la toiture 4.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le système comprend aussi une gaine de prélèvement 31 d'air ambiant, pour amener l'air ambiant jusqu'à l'entrée d'air 16 du chauffe-eau 6.
Le système 1 comprend en outre un échangeur d'entrée air/air 32 monté, d'une part, en série avec la gaine de sortie 28 de la VMC et, d'autre part, en série avec la gaine de prélèvement 31. Ainsi disposé, cet échangeur permet de récupérer les calories de l'air vicié avant qu'il ne soit rejeté à l'extérieur de la maison et de réchauffer l'air ambiant prélevé à l'aide des colories ainsi récupérées.
Le deuxième mode de réalisation a donc un rendement amélioré par rapport au premier mode de réalisation, puisqu'il permet de récupérer des calories qui seraient sinon rejetées à l'extérieur par la ventilation mécanique.
On va maintenant décrire un troisième mode de réalisation pour le système 1, en référence à la figure 3, en ce qu'il diffère de ceux précédemment décrits. Dans ce troisième mode de réalisation, le système 1 comprend un circuit solaire 40 et un circuit de préchauffage 50.
Le circuit solaire 40 comprend un capteur 41, un ballon d'eau chaude 42, une conduite d'eau 43 pour transporter les calories solaires du capteur 41 au ballon 42 et une pompe 44 pour faire circuler l’eau dans la conduite 43. Le circuit de préchauffage 50 comprend une conduite de préchauffage 51, un troisième circulateur 52 et un échangeur de préchauffage 53. Le circulateur permet de faire circuler de l’eau de préchauffage dans la conduite 43. L’eau de préchauffage 43 est prévue pour transporter des calories accumulées dans le ballon 42 jusqu'à l’échangeur de préchauffage 53.
L'échangeur de préchauffage 53 est un échangeur eau/eau. Il est monté en série, d’une part, sur la conduite de préchauffage 51 et, d’autre part, avec la conduite commune 10. Il est disposé sur la conduite commune 10 avant l’échangeur primaire 14. Ainsi disposé, l'échangeur de préchauffage permet de préchauffer l'eau de chauffage avant qu'elle ne soit mise à une température adaptée au chauffage par le chauffe-eau 6.
Dans les deuxième et troisième modes de réalisation, la puissance nominale du chauffe-eau thermodynamique 6 peut être réduite par rapport à celui du premier mode de réalisation. En effet, des calories sont prélevées par ailleurs, dans un circuit de VMC et/ou un circuit solaire et de préchauffage 40,50. 11 en va de même pour le chauffe-eau thermodynamique du troisième mode de réalisation, par rapport à ceux des premier et deuxième modes de réalisation.
De préférence, la température de consigne T° de l'eau sortant du chauffe-eau 6 est de préférence supérieure ou égale à 40 degrés centigrades, avantageusement voisine de 50 degrés ; elle peut être réglable.
Une résistance électrique d'appoint peut être ajoutée dans le chauffe-eau. Elle permet de s'adapter à une température extérieure particulièrement froide, ou de réchauffer rapidement un logement resté inoccupé. Ainsi, le chauffe-eau 6 peut fonctionner dans un mode économique, de façon purement thermodynamique. Il peut aussi fonctionner selon un mode renforcé, dans lequel l'eau est chauffée thermodynamiquement et par la résistance d’appoint.
Le chauffe-eau peut en outre être équipé d'un réservoir d'eau chaude. Ainsi, on peut arrêter le fonctionnement du chauffe-eau durant la nuit, de sorte que le chauffage devient quasiment silencieux. Seulement l’eau chaude du réservoir assurant le réchauffage de l'eau de la conduite commune. Ainsi, le système de chauffage peut être implanté plus facilement dans un logement, même à proximité d'une chambre, sans gêne pour le sommeil des occupants. Un tel réservoir 61 peut avoir une capacité de 200 ou 300 litres. Si la capacité ou la température du réservoir n’est pas suffisant, la résistance d'appoint peut être utilisée pour un chauffage nocturne silencieux.
Dans un logement ne comprenant pas de VMC, il est possible de recrée un circuit d'extraction d'air vicié depuis certaines pièce vers le local où est implanté un système selon l'invention, en installant des grilles d’aération près les plafonds des chambres et en aménageant des traversées dans la partie haute des murs. La circulation de l'air est entraînée par la dépression générée à l'entrée d'air 16 du chauffe-eau 6.
Le chauffe-eau 6 a une logique fonctionnelle qui privilégie la production d’eau pour le chauffage plutôt que la production d’eau sanitaire. Une consigne de chauffe est pilotée par une sonde de température 62 placée en partie haute de la cuve 61. Il n’est plus nécessaire d’avoir une sonde en partie basse de la cuve, sauf si Ton veut conserver l'eau dans la cuve hors gel. Pour éviter des cycles trop rapides, une temporisation de quelques minutes est utilisée avant tout démarrage, après que la température de consigne a été atteinte. Le chauffe-eau 6 comprend un tableau de commande 63 qui intègre une horloge. Cette horloge permet avantageusement de programmer un arrêt nocturne quotidien. Le tableau de commande permet aussi de choisir la température de consigne de la sonde 62, par exemple dans un intervalle compris entre 40°C et 50°C, par exemple selon que le réseau de chauffage est un réseau basse ou haute température.
Le tableau de commande peut aussi permettre de choisir entre le mode économique, strictement thermodynamique, et le mode renforcé, utilisant aussi la résistance d'appoint. De préférence, une temporisation est utilisée, de sorte que si la température de consigne est atteinte en mode thermodynamique avant la fin de cette temporisation, la résistance n'est pas utilisée. Cette temporisation peut être de 15 minutes, environ. De préférence, le chauffe-eau a une puissance de 2.000 Watts environ pour la fonction thermodynamique et une résistance d’appoint de 1.000 Watts environ.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés qui viennent d’être décrits mais, au contraire, l’invention est définie par les revendications qui suivent.
Il apparaîtra en effet à l'homme de l’art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Ainsi, dans un autre mode de réalisation, un système selon l’invention peut comprendre un circuit de préchauffage utilisant l’énergie solaire, comme dans le troisième mode de réalisation, mais pas de circuit VMC. Aussi, le circuit de chauffage peut être un circuit de chauffage par air. Dans ce cas l'échangeur primaire est un échangeur eau/air.
L'utilisation d'un chauffe-eau thermodynamique comme moyen de chauffage d'une habitation en lieu et place d'une chaudière utilisant une énergie fossile est particulièrement avantageux. En effet, dans le cas du premier mode de réalisation, il permet d'obtenir un rendement économique au moins deux fois supérieur. Ce rendement est encore amélioré dans les cas des deuxième et troisième modes de réalisation.

Claims

Revendications
1 Système de chauffage (1), caractérisé en ce qu'il comprend :
- un chauffe-eau thermodynamique (6) pour chauffer l'eau d'un circuit primaire (20) ;
- un circuit pour le chauffage (7) d'un bâtiment (2) ; et,
- un échangeur primaire (14) entre l'eau dans ledit circuit primaire et un fluide de chauffage dans ledit circuit de chauffage. 2. Système selon la revendication 1. caractérisé en ce que le fluide de chauffage est de l'eau et en ce que l'échangeur primaire (14) est un échangeur eau/eau.
3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de chauffage est de l'air et en ce que l'échangeur primaire est un échangeur eau/air.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chauffe-eau (6) comprend en outre une résistance électrique d'appoint pour chauffer l'eau du circuit primaire (20).
5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur d'entrée (32) relié à une entrée d’air frais (16) du chauffe-eau, ledit échangeur étant prévu pour échanger des calories entre de l'air vicié extrait du bâtiment (2) par un circuit VMC
(25) et ledit air frais.
6. Système selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffe-eau solaire (40) et un circuit de préchauffage, pour préchauffer le fluide dans le circuit de chauffage, en amont de l'échangeur primaire (14)
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de chauffe-eau solaire comprennent :
- un capteur solaire (41), et,
- un ballon (42) pour de l'eau chauffée par ledit capteur ; et,
en ce que les moyens de préchauffage comprennent :
- une conduite de préchauffage (51),
- des moyens (52) pour faire circuler ladite eau dans ladite conduite, et,
- un échangeur de préchauffage (53) pour échanger des calories entre Feau dans la conduite de préchauffage (41) et le fluide dans le circuit de chauffage (7)
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