FR2947895A3 - Installation de chauffage et/ou de fourniture d'eau chaude sanitaire - Google Patents

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Abstract

Installation de chauffage alimentant un circuit de chauffage à radiateurs et/ou assurant la fourniture d'eau chaude sanitaire, à partir d'une chaudière. En combinaison dans une seule enceinte (30) munie d'une arrivée d'air extérieur (15) et d'une sortie de fumées (14) et d'air épuisé ainsi que des moyens de branchement pour le circuit d'eau chaude (3), l'alimentation en combustible et le branchement électrique, l'installation comprend une chaudière (10) reliée à un circuit de chauffage (1, 3) et combinée à une pompe à chaleur (20) avec un circuit de fluide caloporteur (21) comprenant un évaporateur (22) alimenté en air et un condenseur (24) relié au circuit d'eau de chauffage (3) avec un compresseur (29) entre l'évaporateur (22) et le condenseur (24), le compresseur (29) étant précédé d'un régulateur de pression (28) pour régler la pression du fluide caloporteur sur une pression de consigne dans l'évaporateur (22), évitant le givrage de l'évaporateur.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de chauffage alimentant un circuit de chauffage à radiateurs et/ou assurant la fourniture d'eau chaude sanitaire à partir d'une chaudière.
Etat de la technique Il existe déjà des combinaisons de chaudières et de pompes à chaleur fonctionnant en général selon le principe de la pompe à chaleur en relève de chaudière. De telles pompes à chaleur utilisant comme source de cha- leur, l'air extérieur, fonctionnent jusqu'à une certaine température de l'air extérieur pour laquelle le fonctionnement de la pompe à chaleur est économiquement avantageux par rapport à la puissance électrique consommée pour fonctionner. La chaudière fonctionne si la chaleur que peut fournir la pompe à chaleur est insuffisante ou lorsque la pompe à chaleur est arrêtée. De telles installations se composent en général d'une partie de pompe à chaleur (évaporateur) installée à l'extérieur et d'une partie (condenseur) installée à l'intérieur des locaux, de préférence à proximité de la chaudière pour faciliter les branchements sur le circuits de chauf- fage ; les deux parties de la pompe à chaleur sont reliées par un circuit de fluide caloporteur. Il existe également des pompes à chaleur monobloc, installées à l'extérieur des locaux et reliées directement au circuit de chauffage. Comme l'évaporateur traversé par le flux d'air fournissant la chaleur se givre régulièrement, il est prévu un système de dégivrage. Ce système consiste soit à inverser le fonctionnement de la pompe à chaleur pour réchauffer l'évaporateur et le dégivrer, soit à fournir de la chaleur d'une source extérieure telle qu'une résistance chauffante, mise en oeuvre brièvement pour dégivrer.
Mais ce dégivrage est consommateur d'énergie au détriment du rendement global de la pompe à chaleur. De façon générale, l'installation de la pompe à chaleur destinée à assurer une partie importante de l'énergie fournie au circuit de chauffage et/ou celle de préparation d'eau chaude sanitaire nécessite pour répondre à des impératifs de rendement de l'investissement, de faire fonctionner la pompe à chaleur de façon prioritaire et à la limite de son rendement économique.
2 But de l'invention La présente invention a pour but de développer une installation de chauffage du type défini ci-dessus, de construction et d'installation simples, peu encombrante, et permettant de bénéficier du fonctionnement économiquement avantageux d'une pompe à chaleur air/ liquide pour fournir de la chaleur en appoint à une chaudière et qui puisse s'installe dans les locaux à chauffer. L'invention a notamment pour objectif d'améliorer le rendement énergétique et le bilan global de chaudières à gaz dans la gamme des puissances de 3 à 28 kW pour les usages domestiques et de développer une chaudière de dimensions globales, réduites permettant de rem-placer efficacement les chaudières existantes et notamment les chaudières à gaz. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une installation de chauffage du type défini ci-dessus caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison dans une seule enceinte munie d'une arrivée d'air extérieur et d'une sortie de fumées et d'air frais ainsi que des moyens de branchement pour le circuit d'eau chaude, l'alimentation en combustible et le branche- ment électrique, A- une chaudière reliée à un circuit de chauffage et combinée à : B- une pompe à chaleur avec un circuit de fluide caloporteur comprenant un évaporateur alimenté en air et un condenseur relié au circuit d'eau de chauffage avec un compresseur entre l'évaporateur et le conden- Beur, le compresseur étant précédé d'un régulateur de pression pour régler la pression du fluide caloporteur sur une pression de consigne dans l'évaporateur, évitant le givrage de l'évaporateur. La conception de la pompe à chaleur pour fonctionner à une pression en général supérieure à celle produisant le givrage de l'évaporateur permet de simplifier considérablement la réalisation de la pompe à chaleur et la gestion de son fonctionnement combiné à celui de la chaudière. Cette combinaison permet une excellente récupération de la chaleur dégagée par la chaudière parce que la chaleur contenue dans les fumées est récupérée et transmise à l'air alimentant à la fois la chaudière et l'évaporateur de la pompe à chaleur, grâce à l'échangeur prévu sur le conduit des fumées.. L'installation de chauffage hybride selon l'invention améliore le rendement énergétique et le bilan global en CO2 de chaudière no-
3 tamment de chaudière à gaz à usage domestique dans la gamme des chaudières de petite et de moyenne puissance. Grâce à son encombrement réduit pratiquement assimilable à celle d'une chaudière d'appartement ou de pavillon, cette chaudière combinée peut facilement remplacer une chaudière existante en étant installée à la place de celle-ci. Ce remplacement est d'autant plus simple que si suivant une autre caractéristique avantageuse, l'installation comprend une alimentation en air commune à la chaudière et à la pompe à chaleur et comprenant un échangeur de chaleur installé sur le conduit des fumées de la chaudière, traversé par l'air d'alimentation de la chaudière et de la pompe à chaleur. L'alimentation commune en air facilite l'installation de la chaudière puisqu'il suffit d'une seule ouverture pour le passage des fumées et l'alimentation en air comburant et en air alimentant l'évaporateur de la pompe à chaleur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'installation comprend un répartiteur d'air d'alimentation pour alimenter de façon commandée la chaudière en air comburant et l'évaporateur de la pompe à chaleur dont la sortie débouche à l'extérieur.
Selon une autre configuration, la prise d'air de la chaudière est reliée à la sortie d'air de l'évaporateur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la pompe à chaleur comporte un ventilateur extracteur en sortie de l'évaporateur. Le ventilateur extracteur peut être commandé en fonction de la température de l'air extérieur à partir du circuit de commande de l'installation, qui peut arrêter la pompe à chaleur lorsque les conditions de fonctionnement ne sont pas rentables. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la chaudière comporte un ventilateur pulseur alimentant l'unité de chauffe.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, la chaudière est installée dans un caisson traversé par le conduit de fumées en sortie de l'unité de chauffe et d'une ouverture de passage d'air comburant, cette enceinte étant intégrée dans une enceinte entourant la pompe à chaleur et dans laquelle débouche l'échangeur de chaleur d'entrée pour ali- menter l'évaporateur installé dans cette enceinte et l'unité de chauffe à travers l'orifice d'alimentation de son enceinte. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le condenseur est relié à la conduite de retour du circuit d'eau de chauffage par une
4 vanne de régulation à trois voies permettant de protéger le circuit frigorifique d'une température de retour pouvant être trop élevée, notamment au plus froid de l'hiver et lorsque le faible rendement de la pompe à chaleur n'incite pas à son fonctionnement. Cependant, lorsque la pompe à chaleur fonctionne, tout le débit d'eau est préchauffé avant l'entrée dans l'unité de chauffe et suivant une autre caractéristique avantageuse, le circuit de préparation d'eau chaude sanitaire est branchée sur le circuit d'eau par une vanne à trois voies. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation d'une installation de chauffage représentée dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'installation de chauffage selon l'invention, - la figure 2 est un schéma d'une variante de réalisation de l'installation. Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention concerne une installation de chauffage alimentant un circuit de chauffage à radiateurs (plancher chauffant ou autre) 1 et/ou assurant la fourniture d'eau chaude sanitaire à partir d'un ballon d'eau chaude 2. L'expression ballon d'eau chaude représente de manière générale tout système échangeur de chaleur entre le circuit de chauffage et un moyen de préparation d'eau chaude sanitaire ECS à partir d'eau froide EF. L'installation comprend une chaudière 10 combinée à une pompe à chaleur 20 et intégrées dans une même enceinte 30 reliée à l'extérieur (E) pour l'alimentation en air de la chaudière 10 et de la pompe à chaleur 20 et l'évacuation des fumées refroidies, ainsi que pour le branchement sur le circuit d'eau de chauffage 3 et/ ou sur le circuit 4 de préparation d'eau chaude sanitaire ECS.
Le circuit de chauffage à radiateurs 1 est relié au circuit d'eau chaude 3 avec une dérivation vers le ballon 2 par une vanne à trois voies 5 de réglage des débits de liquide caloporteur dans le circuit de chauffage 3 et dans le circuit de préparation d'eau chaude sanitaire 4en laissant par exemple la priorité à la préparation de l'eau chaude sanitaire.
Le circuit d'eau 3 comporte une conduite d'aller 31, chaude et une conduite de retour 32, froide. Il en est de même du circuit 4 passant dans le ballon 2 et ayant une conduite d'aller 41, chaude et une conduite de retour 42, froide. Les conduites de retour 32, 42 se rejoignent au niveau de la vanne à trois voies 5. Il est en effet préférable d'installer cette vanne 5 sur le retour froid et non sur la partie chaude de l'installation c'est-à-dire à l'embranchement des conduites chaudes 31, 41. 5 Le circuit d'eau 3 est relié à une chaudière 10 par une pompe de circulation 11. La chaudière 10 se compose outre de la vanne à trois voies 5 et de la pompe à circulation 11, d'une unité de chauffage par combustion 12 par exemple à gaz, alimentée en air comburant extérieur par un ventilateur 13 à l'entrée de l'unité de chauffage 12. Les fumées (F) sont évacuées par une conduite de fumées 14 formant un échangeur de chaleur d'entrée 15 pour l'air d'alimentation (AA). Cet air d'alimentation (AA) circule dans une conduite 16 concentrique à la con-duite des fumées 14. La chaudière 10 est entourée d'une enceinte 17 munie d'une ouverture d'entrée d'air 18 alimentée à partir de l'échangeur de chaleur d'entrée 15. L'ouverture d'entre d'air 18 peut également être alimentée en sortie de l'évaporateur. La pompe à chaleur 20 combinée à la chaudière 10 se compose d'un circuit de fluide caloporteur 21 logé dans une enceinte 22 com- binée en partie à l'enceinte 17 de la chaudière 10. Le circuit de fluide caloporteur 21 comporte un évaporateur 22 installé dans l'enceinte 20 et traversé par un flux d'air sortant de l'échangeur de chaleur d'entrée 15. La sortie du conduit d'air traversant l'échangeur 22 comporte un ventilateur-extracteur 23 débouchant à l'extérieur (E). Le ventilateur 23 assure la cir- culation du flux d'air dans l'évaporateur 22 avec une sortie d'air 23 dé-bouchant à l'extérieur (E). En amont de l'évaporateur 22, la partie 21a du circuit 21 comporte un condenseur 24 qui échange la chaleur du fluide caloporteur avec le circuit d'eau 3. Le condenseur 24 est traversé par le fluide calopor- teur froid de la conduite 32. En sortie, le condenseur 24 est reliée à la conduite 32 rejoignant la vanne 5 et la pompe 11. La vanne 6 permet de protéger le circuit frigorifique d'une température trop élevée, notamment au plus froid de l'hiver et lorsque le rendement de la pompe à chaleur serait trop faible pour la faire fonction- ner. Réciproquement, lorsque la pompe à chaleur fonctionne, tout le débit d'eau de retour est préchauffé dans le condensateur. Le condenseur 24 est relié à l'évaporateur 22 par un accumulateur 25 constituant un réservoir-tampon de fluide caloporteur et as-
6 surant sa déshydratation. L'accumulateur 25 est suivi d'un voyant 26 permettant de voir l'état du fluide dans le circuit 21a, (21) et d'un détendeur 27. L'évaporateur 22 est relié à un compresseur 29 par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 28 qui règle la pression sur une pression de consigne choisie pour éviter le givrage de l'évaporateur 22, au prix d'une réduction de rendement de la pompe à chaleur 20 lorsque le risque de givrage apparaît. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, l'alimentation en air comburant est réglée par le ventilateur 13 et le pas-sage d'air dans la pompe à chaleur est assuré par le ventilateur 23. Selon une variante de réalisation non représentée, un seul ventilateur assure l'alimentation en air. Ce ventilateur aspire l'air en sortie d'échangeur 15 et la répartition entre l'air comburant et l'air fourni à l'évaporateur 22 se règle par des registres ou des volets. 15 Cette seconde solution apparemment plus simple dans sa structure, est moins souple de fonctionnement que l'utilisation de deux ventilateurs dont le fonctionnement est facile à gérer. L'installation de chauffage est munie d'un circuit de commande 50 relié à des capteurs 51 tels que des capteurs de température 20 d'eau, d'air extérieur, de température de l'eau chaude sanitaire et autres pour gérer le fonctionnement de l'installation hybride, c'est-à-dire le fonctionnement combiné de la chaudière 10 et de la pompe à chaleur 20. Le circuit de commande 50 est relié schématiquement à la chaudière 10 par une ligne de commande 52 et à la pompe à chaleur 20 par une ligne de 25 commande 53 sans que les branchements ne soient détaillés. Le circuit de commande 50 comporte également les moyens de réglage des températures de consigne de l'eau du circuit de chauffage et du circuit de préparation d'eau chaude sanitaire. L'installation est intégrée comme déjà indiqué dans son en- 30 ceinte 30 pour former un bloc comme une chaudière classique, comprenant tous les éléments et facilitant son montage et sa mise en place et, en particulier, en remplacement d'une chaudière existante. La figure 2 montre une variante de réalisation d'une installation selon l'invention. Pour cette variante, on utilisera les mêmes réfé- 35 rences que ci-dessus pour désigner des éléments identiques ou de fonction analogue.
7 Les éléments modifiés dans cette variante porteront des références identiques aux précédentes mais complétées par le suffixe M et la description se limitera à celle des différences. Selon cette variante, la vanne à trois voies 5M est installée dans le circuit en amont de la vanne à trois voies 6 si bien que la sortie de la chaudière 12 est reliée à la conduite d'aller 31 du circuit d'eau chaude passant par les radiateurs et à la conduite 41M entrant dans le ballon d'eau chaude 2. la conduite de retour 32 du circuit d'eau chaude 3 passant par les radiateurs et la conduite de sortie 42M du circuit de chauffage du ballon 2 se rejoignent dans le volume à trois voies 5M. Les autres éléments de l'installation sont identiques à ceux du premier mode de réalisation. 15 NOMENCLATURE
1 Circuit de chauffage à radiateurs 2 Ballon d'eau chaude 3 Circuit d'eau 4 Circuit du ballon d'eau chaude 5 Vanne à trois voies 6 Vanne à trois voies
io 10 Chaudière 11 Pompe de circulation 12 Unité de chauffage par combustion 13 Ventilateur pulseur 14 Conduite de fumées 15 15 Echangeur de chaleur d'entrée 16 Conduite concentrique à la conduite de fumées 14 17 Enceinte 18 Ouverture d'entrée d'air comburant
20 20 Pompe à chaleur 21 Circuit de fluide caloporteur 21a Conduite d'aller 21r Conduite de retour 22 Evaporateur 25 23 Ventilateur extracteur 23a Sortie d'air 24 Condenseur 25 Accumulateur / deshydrateur 26 Voyant 30 27 Détendeur 28 Régulateur de pression 29 Compresseur 30 Enceinte 35 31 Conduite aller
32 Conduite retour du circuit d'eau chaude 3 41 Conduite aller du circuit de préparation d'eau chaude sanitaire 42 Conduite retour
50 Circuit de commande 51 Capteurs 52 Ligne de commande de la chaudière 10 53 Ligne de commande de la pompe à chaleur 20
EF Eau froide ECS Eau chaude sanitaire E Extérieur AA Air d'alimentation F Fumées 915

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1 °) Installation de chauffage alimentant un circuit de chauffage à radiateurs et/ou assurant la fourniture d'eau chaude sanitaire, à partir d'une chaudière, caractérisée en ce qu' elle comprend en combinaison dans une seule enceinte (30) munie d'une arrivée d'air extérieur (16) et d'une sortie de fumées (14) et d'air épuisé ainsi que des moyens de branchement pour le circuit d'eau chaude (3), l'alimentation en combustible et le branchement électrique, A- une chaudière (10) reliée à un circuit de chauffage (1, 3) et combinée à: B- une pompe à chaleur (20) avec un circuit de fluide caloporteur (21) comprenant un évaporateur (22) alimenté en air et un condenseur (24) relié au circuit d'eau de chauffage (3) avec un compresseur (29) entre l'évaporateur (22) et le condenseur (24), le compresseur (29) étant pré-cédé d'un régulateur de pression (28) pour régler la pression du fluide caloporteur sur une pression de consigne dans l'évaporateur (22), évitant le givrage de l'évaporateur. 2°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comprend une alimentation en air (15) commune à la chaudière (10) et à la pompe à chaleur (20) et comprenant un échangeur de chaleur installé sur le conduit des fumées (14) de la chaudière (10), traversé par l'air d'alimentation (AA) de la chaudière (10) et de la pompe à chaleur (20). 3°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comprend un répartiteur d'air d'alimentation (13, 18, 23) en sortie de l'échangeur de chaleur d'entrée (15) pour alimenter de façon commandée la chaudière (10) en air comburant et l'évaporateur (22) de la pompe à chaleur (20) dont la sortie (23) débouche à l'extérieur (E). 4°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arrivée d'air comburant de la chaudière (10) est reliée à la sortie d'air de l'évaporateur (22).11 5°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à chaleur (20) comporte un ventilateur extracteur (23) en sortie 5 de l'évaporateur (22). 6°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chaudière (10) comporte un ventilateur pulseur (13) alimentant l'unité io de chauffe (12). 7°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chaudière (10) est installée dans un caisson (17) traversé par le conduit 15 de fumées (14) en sortie de l'unité de chauffe (12) et d'une ouverture (18) de passage d'air comburant, cette enceinte (17) étant intégrée dans une enceinte (22) entourant la pompe à chaleur (20) et dans laquelle débouche l'échangeur de chaleur d'entrée (15) pour alimenter l'évaporateur (22) installé dans cette enceinte et l'unité de chauffe (12) à travers l'orifice 20 d'alimentation (18) de son enceinte (17). 8°) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le condenseur (24) est relié à la conduite de retour (32) du circuit d'eau de 25 chauffage (3) par une vanne de régulation à trois voies (6) permettant la mise hors circuit de chauffage de la pompe à chaleur dans l'éventualité d'un retour de chauffage trop chaud. 9°) Installation de chauffage selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce que le circuit de préparation d'eau chaude sanitaire (4) est branchée sur le circuit d'eau par une vanne à trois voies (5, 5M) et cette vanne (5M) est notamment reliée à la conduite de retour (32) du circuit de chauffage des radiateurs (1) et à la conduite de sortie (42M) du ballon d'eau chaude (2), 35 la conduite d'entrée (41M) du circuit de préparation d'eau chaude sanitaire étant reliée à la conduite d'aller (31) du circuit d'eau chaude des radiateurs en sortie de l'unité de chauffe (12).
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