FR2938900A1

FR2938900A1 - Dispositif de conditionnement d'air comportant un puit canadien et un echangeur de chaleur secondaire

Info

Publication number: FR2938900A1
Application number: FR0858062A
Authority: FR
Inventors: Jean Pascal Serre
Original assignee: SOLGENER
Current assignee: SOLGENER
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-05-28
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: FR2938900B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de conditionnement d'air (14) à une température proche d'une température de consigne (Tc) pour un bâtiment (10), le dispositif (14) comportant : - un circuit de renouvellement d'air (16) ; - un moyen (26) pour faire circuler l'air dans le circuit de renouvellement (16) ; - un échangeur de chaleur principal (28) qui est formé par un tronçon (28) d'une conduite d'arrivée d'air (18) du circuit de renouvellement (16) qui est enterré dans le sous-sol terrestre (30) ; caractérisé en ce que le circuit de renouvellement (16) comporte au moins un échangeur de chaleur secondaire (34, 54) commandé qui est agencé en aval du tronçon enterré (28) et qui échange de la chaleur entre l'air circulant et au moins un milieu d'échange (30, 40, 42).

Description

i "Dispositif de conditionnement d'air comportant un puit canadien et un échangeur de chaleur secondaire" L'invention se rapporte à un dispositif de conditionnement d'air à une température de consigne pour au moins une pièce d'un bâtiment. L'invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif de conditionnement d'air à une température proche d'une température de consigne pour au moins une pièce d'un bâtiment, le dispositif comportant : io - un circuit de renouvellement d'air qui comporte au moins un orifice amont d'entrée de l'air extérieur au bâtiment à une température extérieure et au moins un orifice aval de sortie à l'intérieur de la pièce de l'air à une température de sortie proche de la température de consigne ; 15 - un moyen pour faire circuler l'air dans le circuit de renouvellement, tel qu'un ventilateur ; - un échangeur de chaleur principal qui est formé par au moins un tronçon d'une conduite d'arrivée d'air du circuit de renouvellement qui est enterré dans le sous-sol terrestre à une 20 profondeur à laquelle il règne une température souterraine sensiblement constante, le tronçon enterré de la conduite étant réalisé en un matériau conducteur de chaleur pour que la température de l'air circulant s'approche de la température souterraine. 25 Il est généralement conseillé de maintenir la température à l'intérieur des bâtiments habités, tels que les maisons ou les immeubles, à une température de consigne aux alentours de 20°C, notamment pour le confort des habitants. Par ailleurs, lorsque l'air stagne dans les pièces du 30 bâtiment, il y a des risques de développement de moisissure ou encore que l'air devienne vicié et nocif pour la santé. Il est donc connu d'équiper les bâtiments avec un système de ventilation, tel qu'un système de ventilation mécanique 2 contrôlé ou "VMC", pour renouveler en permanence l'air du bâtiment à raison de plusieurs volumes d'air de la maison par jour. Or, l'air de renouvellement est aspiré à l'extérieur du bâtiment. Cet air présente très souvent une température différente de la température de consigne. Ainsi, en hiver, l'air extérieur est généralement beaucoup plus froid que la température de consigne, tandis qu'en été, l'air extérieur est plus chaud que la température de consigne. io On connaît déjà des dispositifs de conditionnement d'air du type décrit précédemment qui sont parfois appelés "puits canadiens". Un tel dispositif permet de renouveler l'air dans les pièces d'un bâtiment avec de l'air extérieur en permettant de rapprocher 15 la température de l'air extérieur de la température de consigne en utilisant de l'énergie géothermique. Cette énergie présente l'avantage d'être totalement non polluante et de ne pas produire de gaz à effet de serre. Généralement, en hiver, la température de l'air à l'extérieur 20 est très inférieure à la température de consigne, par exemple inférieure à 0°C. L'air extérieur peut être réchauffé de quelques degrés, par exemple à 1°C, avant d'être refoulé dans les pièces du bâtiment. L'énergie nécessaire pour chauffer l'air introduit dans la 25 maison jusqu'à la température de consigne est ainsi réduite par rapport à un dispositif de renouvellement d'air qui refoule de l'air directement à la température extérieure dans les pièces du bâtiment. Inversement, en été, lorsque la température extérieure est 30 supérieure à la température de consigne, le puit canadien permet de refroidir l'air de manière à se rapprocher de la température de consigne. Un tel puit canadien permet ainsi de faire des économies d'énergie lors de l'utilisation d'un climatiseur. 3 Cependant, même en utilisant un puit canadien, il est toujours nécessaire d'utiliser des sources d'énergie polluantes ou produisant des gaz à effet de serre pour chauffer l'air du bâtiment en hiver, tel que du chauffage électrique, du chauffage au fioul, du chauffage à bois, ou pour refroidir l'air du bâtiment en été, tel qu'un climatiseur électrique. Pour résoudre ce problème en diminuant, voire en éliminant totalement, le recours à des énergies polluantes pour maintenir la température de l'air à l'intérieur du bâtiment à une io température de consigne, la présente invention propose un dispositif de conditionnement d'air du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le circuit de renouvellement comporte au moins un échangeur de chaleur secondaire commandé qui est agencé en aval du tronçon enterré et qui échange de la chaleur 15 entre l'air circulant et au moins un milieu d'échange. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'échangeur de chaleur secondaire échange de la chaleur avec le milieu d'échange par l'intermédiaire d'un circuit fermé de fluide caloporteur ; 20 - le milieu d'échange est susceptible de former une source naturelle de chaleur ; - la chaleur du milieu d'échange est captée et stockée dans un moyen de stockage de chaleur qui est agencé de manière à fournir de la chaleur au fluide caloporteur du circuit caloporteur ; 25 - le moyen de stockage est formé par une enceinte adiabatique qui est remplie d'un fluide de stockage à forte inertie thermique ; - le fluide de stockage forme le fluide caloporteur du circuit caloporteur ; 30 - le milieu d'échange est susceptible de former un puit naturel de chaleur qui est apte à absorber de la chaleur de l'air circulant lorsqu'il est plus chaud que la température de consigne ; - le milieu d'échange est formé par un capteur solaire ; 4 - le milieu d'échange est formé par le sous-sol terrestre ; - un tronçon du circuit caloporteur est enterré dans le sous-sol terrestre de manière à permettre l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le sous-sol terrestre ; - le milieu d'échange est formé par une nappe phréatique ; - le fluide constituant la nappe phréatique forme le fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur ; - un tronçon du circuit caloporteur est immergé dans une nappe phréatique de manière à permettre l'échange de chaleur io entre le fluide caloporteur et le sous-sol terrestre ; - le circuit caloporteur comporte un moyen commandé, tel qu'une pompe, pour faire circuler le fluide caloporteur dans le circuit en fonction de la température extérieure de l'air et de la température de consigne ; 15 - le dispositif de conditionnement comporte une unité électronique de commande des moyens de circulation du fluide caloporteur notamment en fonction de la température extérieure, de la température de consigne, de la température de l'air à la sortie du tronçon enterré, et de la température de l'air à la sortie 20 du circuit de renouvellement, de manière que la température de l'air à la sortie du circuit de renouvellement soit le plus proche possible de la température de consigne. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la 25 compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique qui représente un bâtiment équipé d'un dispositif de conditionnement réalisé selon un premier mode de réalisation de l'invention utilisant un capteur 30 géothermique ; - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un deuxième mode de réalisation de l'invention utilisant une nappe phréatique ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un troisième mode de réalisation de l'invention utilisant un capteur solaire ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui 5 représente un quatrième mode de réalisation de l'invention utilisant un capteur solaire et une enceinte de stockage de la chaleur ; - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un cinquième mode de réalisation de l'invention io utilisant en combinaison un capteur géothermique et un capteur solaire. Dans la suite de la description, des éléments ayant des fonctions identiques, analogues ou similaires seront désignés par un même numéro de référence. 15 Dans la suite de la description, on adoptera un sens d'écoulement de l'air ou des fluides orienté d'amont en aval. En outre, on comprendra que le terme "chaleur" est utilisé au sens thermodynamique. Ainsi, le chauffage de l'air par une source plus chaude se fait par échange de chaleur depuis la 20 source de chaleur vers l'air, se traduisant par un apport d'une quantité positive de chaleur pour l'air, tandis que le refroidisse-ment de l'air par une source plus froide se fait par échange de chaleur depuis l'air vers la source froide, se traduisant par un apport d'une quantité négative de chaleur pour l'air. 25 On a représenté à la figure 1 un bâtiment 10 qui comporte plusieurs pièces 12 d'habitation fermées, il s'agit par exemple d'une maison ou d'un immeuble comportant des appartements ou des bureaux. Le bâtiment 10 est équipé d'un dispositif 14 de 30 conditionnement d'air à une température proche d'une température de consigne "Tc". Le dispositif de conditionnement d'air 14 remplit au moins deux fonctions.

La première fonction est de renouveler en permanence l'air à l'intérieur des pièces 12 du bâtiment 10 à un débit qui est généralement réglementé par des normes nationales, par exemple à raison d'un renouvellement du volume d'air total du bâtiment au moins une fois par heure, voire cinq fois par heure. La deuxième fonction du dispositif de conditionnement d'air 14 est d'approcher la température de l'air "Tsor" introduit dans le bâtiment 10 le plus possible de la température de consigne "Tc" relativement à la température extérieure "Text". La température io de consigne "Tc" est par exemple de l'ordre de 20°C. Le dispositif de conditionnement d'air 14 comporte un circuit de renouvellement d'air 16 qui comporte une conduite d'arrivée d'air 18 qui présente un orifice amont 20 d'entrée de l'air extérieur au bâtiment 10, et au moins une conduite de distribution 15 d'air 22 qui est raccordée par son extrémité amont à la conduite d'arrivée d'air 18 et qui présente au moins un orifice aval 24 de sortie de l'air à l'intérieur des pièces 12. La conduite d'arrivée d'air 18 est agencée au moins en partie à l'extérieur du bâtiment 10. 20 Le dispositif de conditionnement d'air 14 comporte aussi au moins un moyen 26 pour faire circuler l'air dans le circuit de renouvellement 16 depuis son orifice amont d'entrée 20 qui aspire l'air extérieur jusqu'à son orifice aval de sortie 24 qui refoule l'air à l'intérieur des pièces 12. Le moyen de circulation 26 est ici 25 formé par un ventilateur 26 qui est interposé entre la conduite d'arrivée d'air 18 et la conduite de distribution d'air 22. Le dispositif de conditionnement d'air 14 comporte aussi un échangeur de chaleur principal qui est formé par un tronçon enterré 28 de la conduite d'arrivée d'air 18 qui est enterré dans le 30 sous-sol terrestre 30. En se reportant à la figure 1, le tronçon enterré 28 est formé par la partie de la conduite d'arrivée d'air 18 qui est parallèle à la surface du sol 32. Le tronçon enterré 28 est 7 ici enterré à une profondeur constante, par exemple à deux mètres sous la surface du sol 32. Par la suite, le tronçon enterré 28 sera appelé "puit canadien" 28.

Le puit canadien 28 est ici plus particulièrement enseveli directement dans une tranchée qui a été creusée dans le sol et qui a été totalement comblée avec la terre excavée pour former la tranchée. De manière générale, le puit canadien 28 est enterré à une io profondeur à laquelle il règne une température souterraine "Tsol" sensiblement constante. Par "constant", on comprendra que la température varie avec une amplitude très faible comparée aux changements de température journaliers, voire même saisonniers. Par exemple, à deux mètres de profondeur, la température 15 souterraine "Tsol" est de 13°C en hiver et de 17°C en été, soit une amplitude maximale annuelle de 4°C alors que l'amplitude maximale annuelle de la température extérieure "Text" peut dépasser 20°C. Pour permettre l'échange de chaleur entre le sous-sol 20 terrestre 30 et l'air circulant dans le puit canadien 28, le puit canadien 28 est réalisé en un matériau conducteur de chaleur pour que la température de l'air circulant à l'intérieur du puit canadien 28 s'approche de la température souterraine "Tsol". Le puit canadien 28 est par exemple réalisé en polyéthylène. 25 Grâce à cet échangeur de chaleur principal, l'air extérieur, qui présente une température extérieure "Text" avant d'être aspiré dans le circuit de renouvellement d'air 16, présente, à sa sortie du puit canadien 28, une température intermédiaire "Tint" se rapprochant de la température du sous-sol "Tsol" relativement à 30 la température extérieure "Text". Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 1, le circuit de renouvellement 16 comporte un échangeur de chaleur secondaire commandé 34 qui est agencé 8 en aval du puit canadien 28. L'échangeur de chaleur secondaire 34 est plus particulièrement interposé dans le circuit de renouvellement 16 entre le ventilateur 26 et la conduite de distribution 22.

L'échangeur de chaleur secondaire 34 est destiné à échanger de la chaleur entre l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 et au moins un milieu d'échange. Le milieu d'échange est très avantageusement susceptible de former une source naturelle de chaleur lorsqu'il s'agit de io réchauffer la température de l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16, c'est-à-dire lorsque la température intermédiaire "Tint" est inférieure à la température de consigne "Tc". Par "source naturel de chaleur", on comprendra qu'il s'agit d'une source qui produit ou stocke de la chaleur qui n'est produite 15 directement ou indirectement ni en brûlant un combustible, ni par de l'électricité issue du réseau de distribution électrique. Le milieu d'échange est aussi susceptible de former un puit naturel de chaleur qui est apte à absorber de la chaleur de l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 lorsque la 20 température intermédiaire "Tint" est supérieure à la température de consigne "Tc". Le milieu d'échange est ici formé par le sous-sol terrestre 30. L'échangeur de chaleur secondaire 34 échange de la 25 chaleur avec le milieu d'échange 30 par l'intermédiaire d'un circuit fermé de fluide caloporteur 36. Le fluide caloporteur est par exemple un mélange d'eau et d'antigel, ou une huile thermique, ou encore de la saumure, ou tout autre composé fluide caloporteur. 30 Un tronçon 37 du circuit caloporteur 36 est enterré dans le sous-sol terrestre 30 de manière à permettre l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le sous-sol terrestre 30. L'échange de chaleur est effectué dans un sens ou dans l'autre en fonction de la température intermédiaire "Tint" de l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 à la sortie du puit canadien 28. Par la suite, le tronçon enterré du circuit caloporteur 36 sera appelé "capteur géothermique 37".

Pour permettre l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le sous-sol, le conduit formant le capteur géothermique 37 est constitué d'un matériau conducteur de chaleur tel que du polyéthylène. Le conduit formant le capteur géothermique 37 présente io une forme de serpentin présentant plusieurs tronçons rectilignes parallèles espacés horizontalement et qui sont enterré à la même profondeur que le puit canadien 28. Pour des raisons de clartés, le capteur géothermique 37 a été représenté à une profondeur différente de celle du puit canadien 28 à la figure 1. 15 Le circuit caloporteur 36 comporte un moyen commandé pour faire circuler le fluide caloporteur dans le circuit caloporteur 36 en fonction de la température intermédiaire "Tint" de l'air et de la température de consigne "Tc". Le moyen de circulation est une pompe (non représentée à la figure 1). 20 Le dispositif 14 comporte aussi une unité électronique (non représentée) de commande de la pompe de circulation du fluide caloporteur de manière que la température "Tsor" de l'air sortant du circuit de renouvellement 16 soit le plus proche possible de la température de consigne "Tc". 25 Le dispositif de conditionnement 14 est commandé par l'unité électronique notamment en fonction de la température extérieure "Text", de la température de consigne "Tc", de la température de l'air à la sortie du puit canadien "Tint", et de la température "Tsor" de l'air à la sortie du circuit de renouvellement 30 16, de manière que la température de l'air à la sortie du circuit de renouvellement "Tsor" soit le plus proche possible de la température de consigne "Tc". i0 Le dimensionnement du circuit caloporteur 36, et notamment du capteur géothermique 37, dépend d'une part du climat auquel le bâtiment 10 est exposé, et notamment des températures extérieures maximale "Tmax" et minimale "Tmin", et d'autre part du volume d'air contenu dans le bâtiment 10 et du débit "Dm" de renouvellement de l'air. L'exemple suivant est donné pour illustrer le dimensionnement du dispositif de conditionnement 14. Dans cet exemple on supposera que les données sont les suivantes : io - la température extérieure maximale en été "Tmax" est de 32°C; - la température extérieure minimale en hiver "Tmin" est de -7°C ; - la température de consigne "Tc" est de 20°C ; 15 - la température du sous-sol "Tsol" en hiver est de 13°C à deux mètres de profondeur ; - la température du sous-sol "Tsol" en été est de 16°C à deux mètres de profondeur. Par ailleurs, le débit de renouvellement d'air et le volume 20 du bâtiment peuvent être d'un volume de bâtiment par heure ou encore de cinq volumes de bâtiment par heure. Par exemple, le bâtiment présente un volume intérieur de 300 m3. Le renouvellement de l'air pourra donc se faire à un débit de 300 m3/h ou de 1500 m3/h. 25 En reprenant les notations déjà utilisées, la puissance thermique dissipée en hiver par le renouvellement de l'air sans conditionnement ou au contraire la puissance thermique apportée en été par le renouvellement de l'air sans conditionnement sont calculés selon la formule suivante, la puissance thermique étant 30 exprimée en Watts : Qv = 0,34 • Dm • (Text ûTc) Pour les conditions extrêmes de température données en exemple, la déperdition de chaleur à la température extérieure 2938900 Il minimale "Tmin" pour un renouvellement d'un volume par heure est égale à -2754 W, tandis qu'elle est égale à -13770 W pour un renouvellement de cinq volumes par heure. En été, l'apport de chaleur de l'extérieur à la température 5 extérieure maximale "Tmax" est de 714 W pour un renouvellement d'un volume par heure ou de 3570 W pour un renouvellement de cinq volumes par heure. Par ailleurs, la puissance thermique susceptible d'être apportée par le puit canadien 28 et par le capteur géothermique io 37 dépend notamment de la nature du sous-sol 30. La puissance récupérable en fonction de la nature du sous-sol 30 est indiquée en watts par mètre carré dans le tableau 1 ci-dessous. Sol sableux sec 10 à 15 W/m2 Sol sableux humide 15 à 20 W/m2 Sol argileux sec 20 à 25 W/m2 Sol argileux humide 25 à 30 W/m2 Sol aquifère 30 à 35 W/m2 Tableau 1 La longueur et le diamètre du tronçon enterré de conduite 15 formant le puit canadien 28 sont calculés de manière que, dans les conditions de température extérieure minimale "Tmin", la température intermédiaire "Tint" de l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 présente, à la sortie du puit canadien 28, une valeur comprise aux alentours de 1°C. 20 De même, les dimensions du capteur géothermique 37 sont calculées de manière que la température "Tsor" de sortie de l'air du circuit de renouvellement 16 puisse s'approcher encore plus de la température de consigne "Tc". On vise par exemple une température de sortie du circuit de renouvellement d'air 16 qui 25 soit proche de 12°C au plus froid de l'hiver, c'est-à-dire pour la température extérieure minimale "Tmin" ou de 21°C au plus chaud de l'été, c'est-à-dire pour la température extérieure maximale "Tmax". 12 Le tableau suivant est un exemple de données qui permettent de dimensionner le capteur géothermique 37 en fonction du diamètre de conduit employé, de l'espacement horizontal réservé entre deux tronçons rectilignes parallèles du serpentin et de la puissance thermique récupérable par le sol. Diamètre Espacement Puissance en W/m2 en fonction de la conduite en mètres nature du sol Puissance en W/m de conduite 15 20 25 30 35 16x20 0,30 à 0,35 3,33 5 6,66 8,33 10 11,66 19x25 0,45 à 0,50 4,55 6,80 9,09 11,36 13,63 15,90 26x32 0,60 à 0,75 6,02 9,03 12,04 15,06 18,07 21,08 Tableau 2 Dans cet exemple le puit canadien 28 et le capteur géothermique sont dimensionnés de manière à obtenir les 10 résultats donnés dans le tableau 3 suivant : Puit canadien Capteur géothermique Dm(m3/h) Text Tint Qvl(W) Tint Tsor Qv2(W) HIVER 300 -7°C 1°C 816 1°C 11°C 1020 1500 4080 5100 ETE 300 32°C 23°C -918 23°C 18°C -510 1500 -4590 -2550 Tableau 3 Ainsi, en hiver, lorsque l'air extérieur est plus froid que la température de consigne "Tc", l'air extérieur est aspiré dans 15 l'orifice d'entrée 20 par le ventilateur 26. Puis, il passe à travers le puit canadien 28. Durant ce passage, l'air circulant absorbe la chaleur du sous-sol 30 par conduction à travers la paroi du puit canadien 28. L'air se réchauffe localement le long de la paroi tout en restant froid au 20 milieu de la section de conduite. Ce déséquilibre thermique 13 provoque un mouvement de convection de l'air circulant qui permet d'homogénéiser la température de l'air dans toute la section du puit canadien 28. A la sortie du puit canadien 28, la température de l'air s'est élevée de manière à atteindre sa température intermédiaire "Tint" qui est par exemple égale à 1°C pour une température extérieure minimale "Tmin". L'unité de contrôle commande la mise en marche de la pompe du circuit caloporteur 36 de manière à permettre de chauffer à nouveau l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 à la température intermédiaire "Tint" lorsque la température intermédiaire "Tint" est inférieure à la température de consigne "Tc". Ainsi, en circulant à travers le serpentin formé par le capteur géothermique 37, le fluide caloporteur capte la chaleur présente dans le sous-sol. Le fluide caloporteur ainsi "chargé" en chaleur circule jusqu'à l'échangeur de chaleur secondaire 34. La chaleur portée par le fluide calorifique est ainsi transférée à l'air circulant dans l'échangeur de chaleur secondaire 34. Le fluide caloporteur ainsi "déchargé" de sa chaleur circule ensuite vers le capteur géothermique 37 de manière à réitérer un cycle de transport de chaleur. L'air se réchauffe ainsi jusqu'à atteindre la température de sortie "Tsor" qui présente ici une valeur de 12°C.

Ainsi, l'air de renouvellement est introduit à une température "Tsor" de 12°C dans les pièces 12 du bâtiment 10. Le dispositif (non représenté) de chauffage du bâtiment n'a plus qu'à fournir la puissance de chauffage nécessaire pour élever la température de l'air depuis 12°C jusqu'à la température de consigne "Tc" de 20°C. La chaleur nécessaire pour chauffer l'air de -7°C jusqu'à 12°C a en effet été apportée de manière gratuite et non polluante par le sous-sol 30. 14 De même, en été, lorsque l'air extérieur est plus chaud que la température de consigne "Tc", l'air extérieur est aspiré dans l'orifice d'entrée 20 par le ventilateur 26. Puis, il passe à travers le puit canadien 28. Durant son passage, le sous-sol 30 absorbe de la chaleur de l'air par conduction à travers la paroi du puit canadien 28. L'air se refroidit localement le long de la paroi tout en restant plus chaud au milieu de la section de conduite. Ce déséquilibre thermique provoque un mouvement de convection de l'air circulant qui permet d'homogénéiser la température de l'air dans toute la section du puit canadien 28. A la sortie du puit canadien 28, la température de l'air s'est abaissée de manière à atteindre sa température intermédiaire "Tint", qui est par exemple égale à 23°C pour une température extérieure maximale "Tmax". L'unité de contrôle commande la mise en marche de la pompe du circuit caloporteur 36 de manière à permettre de refroidir encore l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 lorsque la température intermédiaire "Tint" est supérieure à la température de consigne "Tc". Ainsi, le fluide caloporteur capte la chaleur présente dans l'air circulant dans l'échangeur de chaleur secondaire 34. Le fluide caloporteur est ainsi "chargé" de la chaleur en excès de l'air.

Cette chaleur est ensuite transférée par conduction jusqu'au sous-sol lorsque le fluide caloporteur circule à travers le serpentin formé par le capteur géothermique 37. Le fluide caloporteur ainsi "déchargé" de sa chaleur est ensuite redirigé vers l'échangeur de chaleur secondaire 34 de manière à réitérer un cycle de transport de chaleur. L'air se refroidit ainsi jusqu'à atteindre la température de sortie "Tsor" qui présente ici une valeur de 18°C. 15 Ainsi, il n'est pas nécessaire d'équiper le bâtiment d'un dispositif de climatisation coûteux et polluant. L'énergie nécessaire pour refroidir l'air de 32°C jusqu'à 18°C a en effet été apportée de manière gratuite et non polluante par le sous-sol 30.

Un deuxième mode de réalisation de l'invention est représenté à la figure 2. Ce deuxième mode de réalisation est similaire au premier mode de réalisation décrit précédemment. Seules les différences entre ces deux modes de réalisation seront donc décrites par la suite.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le milieu d'échange de 'échangeur de chaleur secondaire 34 est formé par une nappe phréatique 40. Le fluide caloporteur est ici formé par l'eau constituant la nappe phréatique qui est pompée par la pompe du circuit caloporteur 36 vers l'échangeur de chaleur secondaire 34, puis l'eau est refoulée vers la nappe phréatique 40 après échange de chaleur, dans un sens ou dans l'autre, avec l'air circulant dans l'échangeur de chaleur secondaire 34. Le fonctionnement du dispositif de conditionnement 14 est similaire à ce qui a été décrit dans le premier mode de réalisation. En variante non représentée, le fluide caloporteur est séparé de la nappe phréatique 40, c'est-à-dire que le circuit caloporteur 36 n'est pas ouvert sur la nappe phréatique 40. Le circuit de fluide caloporteur 36 comporte alors un tronçon qui est immergé dans la nappe phréatique de manière à permettre l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et la nappe phréatique. Un troisième mode de réalisation est représenté à la figure 3. Ce troisième mode de réalisation est similaire au premier mode de réalisation. Seules les différences entre ces deux modes de réalisation seront donc décrites par la suite. 16 Dans ce troisième mode de réalisation, le milieu d'échange de l'échangeur de chaleur secondaire 34 est formé par un capteur solaire 42. Dans ce mode de réalisation, le milieu d'échange forme une source naturelle de chaleur qui n'est pas susceptible de former un puit de chaleur. Ainsi, l'échangeur de chaleur secondaire 34 est utilisé uniquement lorsque la température intermédiaire "Tint" est inférieure à la température de consigne "Tc", par exemple en hiver.

Le capteur solaire 42 est agencé à un endroit exposé à la lumière du soleil, avantageusement durant la totalité du jour. Le capteur solaire est ici agencé sur le toit du bâtiment. Le capteur solaire 42 est interposé dans le circuit de fluide caloporteur 36 de manière à chauffer le fluide caloporteur.

Comme pour le premier mode de réalisation, la circulation du fluide caloporteur 36 est réalisée par une pompe commandée par l'unité électronique de commande. Le circuit de fluide caloporteur 36 fonctionne de la manière décrite dans le premier mode de réalisation pour transmettre la chaleur du rayonnement solaire captée par le capteur solaire 42 jusqu'à l'air circulant dans le circuit de renouvellement d'air 16. Ce troisième mode de réalisation n'est susceptible de fonctionner que lorsque le rayonnement solaire est suffisant pour fournir de la chaleur au fluide caloporteur.

Un quatrième mode de réalisation de l'invention est représenté à la figure 4. Ce quatrième mode de réalisation est similaire au troisième mode de réalisation. Cependant, la chaleur captée par le capteur solaire 42 est ici stockée dans un moyen 44 de stockage de chaleur. La chaleur ainsi stockée est ensuite utilisée pour chauffer l'air via le circuit caloporteur 36. Le moyen de stockage est formé par une enceinte adiabatique 44 qui est remplie d'un fluide à forte inertie thermique. L'enceinte de stockage 44 est ici enterrée sous la terre 17 de manière à ne pas encombrer le bâtiment 10 et de manière que la terre participe à l'isolation thermique de l'enceinte de stockage 44. Dans ce mode de réalisation, un deuxième circuit fermé de fluide caloporteur 46, distinct du premier circuit caloporteur 36, est prévu pour transmettre la chaleur du rayonnement solaire jusqu'à l'enceinte de stockage 44. A cet effet, le capteur solaire 42 est interposé dans le deuxième circuit caloporteur 46, et un tronçon 48 du deuxième io circuit caloporteur 46 traverse l'enceinte de stockage 44 de manière à transmettre par conduction la chaleur transportée par le fluide caloporteur vers le fluide de stockage. Le deuxième circuit de fluide caloporteur 46 comporte une pompe 50 indépendante de la pompe du premier circuit 15 caloporteur 36. Le premier circuit caloporteur 36 est agencé de manière à transmettre la chaleur stockée dans l'enceinte de stockage 44 jusqu'à un premier échangeur de chaleur secondaire 34. Dans l'exemple représenté à la figure 4, le fluide de 20 stockage forme le fluide caloporteur du premier circuit caloporteur 36. En d'autres termes, l'enceinte de stockage 44 est interposée dans le premier circuit caloporteur 36 de manière que le fluide de stockage chauffé puisse être pompé jusqu'au premier échangeur de chaleur secondaire 34 pour chauffer l'air.

25 Ce mode de réalisation permet ainsi de chauffer l'air entrant au moyen d'énergie solaire de manière permanente, y compris la nuit. De plus, un tel agencement permet aussi de stocker le fort rayonnement solaire reçu l'été pour l'utiliser l'hiver. Ce mode de réalisation peut aussi être combiné avec un 30 dispositif de chauffage d'eau 52 pour l'alimentation en eau chaude du bâtiment. Ainsi, un unique capteur solaire 42 est commun au dispositif de chauffage d'eau, ou chauffe-eau, et au dispositif de conditionnement 14.

18 Par ailleurs, le deuxième circuit caloporteur 46 peut être associé à un deuxième échangeur de chaleur secondaire 54 qui est interposé dans le circuit de renouvellement 16. Le deuxième échangeur de chaleur secondaire 54 est ici agencé juste avant l'orifice de sortie 24 de l'air. Le deuxième circuit caloporteur 46 comporte ici une conduite de dérivation 56 qui est reliée à une conduite agencée en aval du capteur solaire 42 par l'intermédiaire d'une vanne trois voie. Ainsi, lorsque le fluide contenu dans l'enceinte de stockage io 44 n'est pas suffisamment chaud, il est possible de chauffer l'air circulant dans la conduite de renouvellement 16 comme indiqué dans le troisième mode de réalisation par l'intermédiaire de ce deuxième échangeur de chaleur secondaire 54. Selon une variante de ce quatrième mode de réalisation et 15 par analogie à la figure 4, la chaleur contenue dans le sous-sol 30 peut être stockée dans une enceinte adiabatique 44 identique à celle décrite dans le quatrième mode de réalisation de l'invention. La différence avec le quatrième mode de réalisation est qu'il n'y a pas de deuxième circuit caloporteur. En effet, l'enceinte 20 de stockage est agencée directement dans le sous-sol. Ses parois sont constituées d'une matière conductrice de chaleur qui permet de chauffer le fluide de stockage jusqu'à la température du sous-sol. Bien entendu, il est possible de combiner les différents 25 modes de réalisation entre eux en interposant plusieurs échangeurs de chaleur secondaires en série dans le circuit de renouvellement 16 pour obtenir un dispositif de conditionnement d'air 14 encore plus efficace. Ainsi, on a représenté à la figure 5, une combinaison entre 30 le premier mode de réalisation et le troisième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de conditionnement 14 comporte ainsi un premier échangeur de chaleur secondaire 34 accouplé thermiquement avec un capteur géothermique 37 via un premier 19 circuit caloporteur 36 et un deuxième échangeur de chaleur secondaire 54 qui est accouplé thermiquement avec un capteur solaire 42 via un deuxième circuit caloporteur 46. Chaque circuit caloporteur 34, 46 est alors équipé d'un pompe associée qui peuvent être commandées indépendamment l'une de l'autre par l'unité électronique de commande pour que la température de sortie de l'air "Tsor" soit le plus proche possible de la température de consigne "Tc". Cet agencement permet, notamment l'hiver, de chauffer lo successivement l'air circulant dans le circuit de renouvellement 16 par trois échangeurs de chaleur principal et secondaires agencés en série dans le circuit de renouvellement 16. Le dispositif de conditionnement d'air 14 réalisé selon les enseignements de l'invention permet ainsi de réguler la 15 température de l'air à l'intérieur d'un bâtiment 10 en assurant le renouvellement d'air et en utilisant très peu d'énergie d'origine polluante. Seule l'énergie nécessaire au fonctionnement des pompes et du ventilateur est susceptible d'être polluante.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de conditionnement d'air (14) à une température proche d'une température de consigne (Tc) pour au moins une pièce (12) d'un bâtiment (10), le dispositif (14) comportant : - un circuit de renouvellement d'air (16) qui comporte au moins un orifice amont (20) d'entrée de l'air extérieur au bâtiment (10) à une température extérieure (Text) et au moins un orifice aval (24) de sortie à l'intérieur de la pièce (12) de l'air à une io température de sortie (Tsor) proche de la température de consigne (Tc) ; - un moyen (26) pour faire circuler l'air dans le circuit de renouvellement (16), tel qu'un ventilateur ; - un échangeur de chaleur principal (28) qui est formé par 15 au moins un tronçon (28) d'une conduite d'arrivée d'air (18) du circuit de renouvellement (16) qui est enterré dans le sous-sol terrestre (30) à une profondeur à laquelle il règne une température souterraine (Tsol) sensiblement constante, le tronçon enterré (28) de la conduite étant réalisé en un matériau 20 conducteur de chaleur pour que la température de l'air circulant s'approche de la température souterraine (Tsol) ; caractérisé en ce que le circuit de renouvellement (16) comporte au moins un échangeur de chaleur secondaire (34, 54) commandé qui est agencé en aval du tronçon enterré (28) et qui 25 échange de la chaleur entre l'air circulant et au moins un milieu d'échange (30, 40, 42).
2. Dispositif (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur secondaire (34, 54) échange de la chaleur avec le milieu d'échange (30, 40, 42, 44) 30 par l'intermédiaire d'un circuit fermé de fluide caloporteur (36, 46).
3. Dispositif (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu 21 d'échange (30, 40, 42) est susceptible de former une source naturelle de chaleur.
4. Dispositif (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la chaleur du milieu d'échange est captée et stockée dans un moyen (44) de stockage de chaleur qui est agencé de manière à fournir de la chaleur au fluide caloporteur du circuit caloporteur (36).
5. Dispositif (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de stockage est formé par une enceinte adiabatique (44) qui est remplie d'un fluide de stockage à forte inertie thermique.
6. Dispositif (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide de stockage forme le fluide caloporteur du circuit caloporteur (36).
7. Dispositif (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu d'échange (30, 40) est susceptible de former un puit naturel de chaleur qui est apte à absorber de la chaleur de l'air circulant lorsqu'il est plus chaud que la température de consigne (Tc).
8. Dispositif (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le milieu d'échange est formé par un capteur solaire (42).
9. Dispositif (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le milieu d'échange 25 est formé par le sous-sol terrestre (30).
10. Dispositif (14) selon la revendication précédente prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un tronçon (37) du circuit caloporteur (36) est enterré dans le sous-sol terrestre (30) de manière à permettre 30 l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le sous-sol terrestre (30). 22
11. Dispositif (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le milieu d'échange est formé par une nappe phréatique (40).
12. Dispositif (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide constituant la nappe phréatique (40) forme le fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur (36).
13. Dispositif (14) selon la revendication 10 prise en combinaison avec l'une quelconque des revendication 1 à 3, io caractérisé en ce qu'un tronçon (37) du circuit caloporteur (36) est immergé dans une nappe phréatique (40) de manière à permettre l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le sous-sol terrestre (30).
14. Dispositif (14) selon l'une quelconque des ls revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit caloporteur (36, 46) comporte un moyen commandé, tel qu'une pompe, pour faire circuler le fluide caloporteur dans le circuit (36, 46) en fonction de la température extérieure de l'air (Text) et de la température de consigne (Tc). 20
15. Dispositif (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de commande des moyens de circulation du fluide caloporteur notamment en fonction de la température extérieure (Text), de la température de consigne (Tc), de la température de l'air à la 25 sortie du tronçon enterré (Tint), et de la température de l'air à la sortie du circuit de renouvellement (Tsor), de manière que la température de l'air à la sortie du circuit de renouvellement (Tsor) soit le plus proche possible de la température de consigne (Tc).