WO2007116070A1 - Procede de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire combines, et dispositif correspondant - Google Patents

Procede de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire combines, et dispositif correspondant Download PDF

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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
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    • F24D3/1091—Mixing cylinders
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    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
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    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the field of the invention is that of the technical equipment of the building. More specifically, the invention relates to a heating device combined with a domestic hot water production facility for housing and / or an individual habitat.
  • the invention applies in particular to a heating device employing "soft heat" type heat emitters: Low Temperature Heating Floor (PCBT) or Low Temperature radiators.
  • PCBT Low Temperature Heating Floor
  • the invention has many applications, such as for example new housing equipment (single-family home, apartment with individual meter), or the renovation of old housing.
  • FIGS. 1-10 Two techniques prevail in the installation of technical equipment for heating and domestic hot water production of a dwelling. These two known solutions of the state of the art are illustrated in FIGS.
  • FIG. 1A A first technique is thus known, shown in FIG. 1A, which consists in setting up the circuit of the heating installation 11 independently and separately from the domestic hot water circuit (DHW) 12.
  • the heat production apparatus 13 main or additions for the heating of the water of the heating circuit and domestic hot water are then often distinct and can operate from different energies (the installation is in this case qualified as mixed).
  • FIG. 1B A second technique is also known, illustrated in FIG. 1B, which consists of combining the production of hot water of the heating circuit 11 with the DHW distribution circuit 12.
  • one or more buffer flask (s) are provided. communicating hot water (directly, or via a heat exchanger heat 15) with the heating circuit 11.
  • Such a balloon thus allows the preheating or heating of the hot water of the heating circuit 11, but also the heating of water from the drinking water network (by circulation in a exchanger located inside or outside the balloon, or by heating a domestic hot water storage tank 16 immersed in the buffer tank 14).
  • a major disadvantage of the first known solution is that the two heating circuits and DHW being completely separated, it inevitably doubles the number of certain equipment (storage tank, circulator, valves, ..., and sometimes the unit production (boiler)), which can in addition pose congestion problems and increases the price of the complete installation.
  • a first disadvantage of the second known solution is that it is necessary to provide an additional heat exchanger or a more complex buffer tank to produce hot water. The cost of the installation is thus increased.
  • one of the objectives of the present invention in at least one embodiment, is to use the domestic hot water available in a dwelling to participate in its heating by circulating it in the heating circuit.
  • the invention runs counter to the prior art of the professionals of heating installations who do not plan to set up, unlike the invention, an installation performing a mixture of heating water with hot water. .
  • the prejudices of the professional incite him to consider that a water that has circulated and / or stayed in a heating network is a water necessarily disturbed (by traces of deposit or metal sludge coming for example from cast iron radiators) or containing additives (anti-freeze, anti-scale, corrosion inhibitor, etc.) and is by extension unfit for use (in particular for personal hygiene) and for human consumption.
  • professionals presume that the water in a heating circuit is only rarely drained, which can lead to the appearance of bacterial contamination.
  • the invention also aims, in at least one embodiment, to provide a device which is an installation cost and an economic maintenance cost, but also a reduced operating cost.
  • the invention also aims, in at least one embodiment, to provide a device that allows pooling equipment of the heating network and DHW production.
  • the invention also aims, in at least one embodiment, to provide a device that is easy to implement.
  • Another object of the invention in at least one embodiment, is to provide a heating method which uses low temperature hot water.
  • a complementary objective of the invention in at least one embodiment, is to provide a device adapted to the renovation and / or substitution of existing heating installations.
  • Heating means of said housing and / or habitat comprising at least one low temperature hot water circulation duct;
  • such a method comprises:
  • the invention also relates to a combined heating device comprising means for implementing the combined heating method as described above.
  • a technical equipment for housing and / or individual housing comprising:
  • Heating means of said housing and / or habitat comprising at least one low temperature hot water circulation duct; and means for producing hot water for sanitary use belonging to the group comprising at least: the electric heating means; solar collector heating means.
  • such a device comprises means for transferring at least a portion of said hot water for sanitary use produced in said housing and / or habitat to said duct so as to heat said housing.
  • the general principle of the invention is therefore to pool the hot water heating and hot water.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach to the implementation of the installations. combined heating. It is particularly distinguished by the absence of heat exchanger between the heating water circuit and domestic hot water.
  • said transfer means belong to the group comprising at least: a thermostatic mixing valve;
  • a buffer volume associated with at least two controlled mixing valves
  • Such equipment thus makes it possible to provide, at a lower cost, the adjustment of the temperature of the hot water circulating in the heating means by mixing with domestic hot water.
  • said transfer means are made of polymer material belonging to the group comprising at least:
  • thermoplastics are thermoplastics
  • thermosets thus, there is no risk of contamination or contact pollution during the passage of water in the transfer means.
  • these polymeric materials meet the requirements of sanitary regulations concerning the distribution of water intended for human consumption.
  • the volume of hot water for sanitary use contained in said means for producing hot water for sanitary use is greater and / or equal to the volume of incoming water and heated in said flask for 24 hours.
  • the equipment comprises at least overpressure means belonging to the group comprising at least:
  • FIG. 1A and 1B illustrate two combined heating solutions according to known techniques
  • Figure 2 shows a block diagram of a particular embodiment of an equipment according to the invention wherein the heating is electric
  • Figure 3 shows a block diagram of another particular mode of an equipment according to the invention wherein the heating of the water is achieved by solar collectors and an electric booster.
  • the general principle of the invention is therefore based on the use of domestic hot water to heat a dwelling and / or habitat.
  • the method according to the invention aims at implementing a step of transfer of domestic hot water to a heating circuit.
  • the heating floor equipping the ground floor consists of a network of conduits 211, inner diameters 16 millimeters, circulating inside a liquid screed (in a variant of the invention, the screed may also be made from mortar) 5 centimeters thick on insulation, covered with tiles, and is provided with an inlet manifold 212 and an outlet manifold 213.
  • the ducts 211, and the collectors 212 and 213 are advantageously made of crosslinked polyethylene (PER).
  • collectors 212, 213 and brass fittings it may be envisaged to use collectors 212, 213 and brass fittings.
  • the PER material which is allowed to come into contact with water intended for human consumption (Article R1321-48 of the Public Health Code, European Directive 2000/60 / EEC, Article 5.1 of the Decree of 29 May 1997 relating to materials and objects used in fixed installations for the production and treatment of water intended for human consumption), however, has advantages in terms of cost and installation of the floor heating.
  • a trap 218 located on the inlet manifold 212 at the high point of the heated floor can evacuate the air and gases flowing in the floor.
  • the temperature of the water introduced into the duct network 211 is preferably between 28 degrees Celsius ( 0 C) and 34 ° C and the temperature of the water in the outlet manifold 213 is close to 20 0 C (this temperature varying according to heating needs).
  • Adjustment valves 214 were placed on the outlets of the ducts from the inlet manifold to balance the flow rates of water flowing in the ducts by adjusting the value of the pressure losses in each of these ducts.
  • An adjustable three-speed circulating pump 215, also called circulation pump, is placed upstream of the inlet manifold and allows the circulation of water in the low temperature heating floor 21.
  • a room thermostat 216 connected to a housing of programmable control 217 acts on the control of start and stop of the circulator.
  • the return of the water from the outlet manifold 213 to the inlet manifold 212 comprises a thermostatic mixing valve 26 making it possible to maintain the temperature of the water penetrating inside the duct system 211 of the heating floor 21 at a constant value. by mixing with a higher temperature amount of water from the hot water tank 22.
  • the domestic hot water storage tank 22 with a hot water storage capacity of 200 liters, is arranged vertically to benefit from an internal stratification of the water according to its temperature. It is known that such a balloon requires little maintenance. It includes in its lower part a plunging electrical resistance 221 can deliver 2500 Watts for heating water, and the water temperature, measured by the probe 222, is regulated around a setpoint via the programmable controller 223. According to the recommendations health agencies and the environment, the set temperature is set at 65 ° C (so as to respect the lower limit of 55 ° C) and is regularly raised to 70 ° C to prevent contamination of the water contained in the balloon by bacterial agents, and in particular the development of the bacteria responsible for Legionella.
  • the balloon 22 is filled by the town water supply tube 224, provided with a non-return valve 225, and on which is mounted a pressure limiter 226 and a volumetric pulse meter 230 A security group
  • the hot water is withdrawn in the upper part of the flask 22 through the tube 228.
  • a thermostatic mixing valve 23 is installed to maintain the domestic hot water at a temperature below 60 ° C. at the point of drawing and in the tube supply 24 sanitary facilities of the house (sink, bath, shower, washbasins, ...), so as to comply with European regulatory directives imposing this temperature (Article 38 of the Order of 23 June 1978). Proceeding by shunting of the tube 24, via a dielectric seal, a second conduit 25 connects the outlet of the balloon 22 to the thermostatic mixing valve 26. Domestic hot water at 65 ° C from the second conduit 25 is allowed automatic in the thermostatic mixer 26 to mix with the return water of the underfloor heating so as to regulate the temperature in the thermostatic mixing valve around a set value 27.
  • the overpressure set by the circulation pump 215 is adjusted so that the pressure in the flask the duct 29 always remains slightly greater than the cold water supply pressure.
  • the thermostatic mixing valve is equipped with two non-return valves 261, 262 to prevent water from leaving the mixing valve towards the balloon 22 or the outlet manifold 213.
  • Valves or shut-off valves 229 are furthermore placed on the tubes 224, 228 and
  • the average daily energy required for heating the dwelling is thus in this particular embodiment of the invention of 25 kilowatt hours (kWh) in winter.
  • This energy corresponds to a volume of 430 liters of water heated in the flask over the course of a day, and coming from the outlet manifold of the heated floor.
  • all the water circulating in the floor heating is transferred via the thermostatic mixer into the hot water tank during a day, which avoids the stagnation of water in the floor, and therefore the proliferation of bacteria, and the removal of impurities when they pass through a sieve filter with flushing tap 219.
  • the volume of the hot water tank is greater than the volume of water, coming from the outlet manifold of the heated floor and entering the balloon, which it is necessary to heat in the balloon during of a day.
  • it is intended to heat the balloon water of an equipment according to this particular embodiment in "off-peak hours" to benefit from the most advantageous electric tariffs according to the time of day and reduce operating costs equipment.
  • a second floor heating duct network may be connected (for example to heat the floor of a house) in parallel with the equipment presented above.
  • it is provided to install a hot water tank of greater capacity (in volume and power) and to place the hot water tank on the floor of the housing if necessary.
  • FIG. 3 is illustrated an equipment according to the invention for which the hot water is brought into temperature by heat exchange with a heat transfer fluid circulating inside solar collectors 31.
  • the solar collectors 31 are of planes type glazed, being known that the solar collectors "without glazing” or “under vacuum” are not adapted to the production of ECS.
  • the combined production of heating and DHW imposing arbitrations concerning the orientation of the sensors 31, the priority was given to the heating with a 60 ° orientation of the solar collectors for an optimal recovery of the solar rays. In summer, this less favorable orientation avoids excessive temperature rises while ensuring the satisfaction of only the needs in ECS.
  • the solar collectors 31 used are self-draining 32 in this particular embodiment of the equipment according to the invention.
  • a discharge loop, night cooling or pressurization of the heat transfer fluid circuit (to prevent boiling of the heat transfer fluid), or any other means or device for preventing a material degradation of the equipment of the heat transfer fluid circuit, can also be envisaged without departing from the scope of the invention.
  • the coolant is circulated by a circulation pump 34 between the sensors 31 and the heat exchanger 33 composed of a coil-wound tube immersed in the balloon 22.
  • the heat transfer fluid contains an anti-freeze additive to prevent freezing of the coolant in the pipes outside the home during, for example, night time periods when the pump 34 is stopped.
  • the heat transfer fluid circuit is further provided with an expansion vessel 40 and a valve to compensate for the expansions of the heat transfer fluid.
  • An electrical resistance 38 provides additional heating of the water of the balloon when the solar contributions are insufficient to maintain the temperature of the balloon 222 to its set value.
  • the temperature measured at the outlet of the heat exchanger 33 by the probe 37 is regulated by the PLC 35 acting on the flow rate of the circulation pump 34, as a function of the temperature of the coolant in the solar collectors 31.
  • a twilight switch 39 controls the start and stop of the circulation pump 34.
  • the equipment illustrated in FIGS. 2 and 3 or any other equipment according to the invention may further comprise a thermostat incorporating an anti-freeze function as soon as the temperature of the room to be heated becomes less than a temperature threshold, preferably set at 5 ° C. .
  • a temperature threshold preferably set at 5 ° C.
  • it may also be provided, in order to avoid the risk of frost, of empty the water from the flask and flush the water from the heated floor ducts with compressed air to flush the equipment. This procedure makes it possible in particular to avoid crushing the heating floor pipes by maintaining an overpressure.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de chauffage combiné d'un logement et/ou habitat individuel comprenant: des moyens de chauffage dudit logement et/ou habitat comprenant au moins un conduit de circulation d'eau chaude basse température; et des moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire. Selon l'invention, un tel procédé comprend: une étape de chauffage de ladite eau sanitaire par lesdits moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire; une étape de transfert de ladite eau sanitaire dans ledit conduit. Plus généralement, l'invention concerne également les dispositifs de chauffage combinés comprenant des moyens de mise en oevre du procédé de chauffage combiné tel que décrit précédemment.

Description

PROCEDE DE CHAUFFAGE ET DE PRODUCTION D'EAU CHAUDE SANITAIRE COMBINÉS, ET DISPOSITIF CORRESPONDANT
1. DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine de l'invention est celui des équipements techniques du bâtiment. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de chauffage combiné à une installation de production d'eau chaude sanitaire pour logement et/ou d'un habitat individuel. L'invention s'applique notamment à un dispositif de chauffage mettant en oeuvre des émetteurs de chaleur de type « chaleur douce » : Plancher Chauffant Basse Température (PCBT) ou radiateurs Basse Température. L'invention a de nombreuses applications, telles que par exemple l'équipement de logements neufs (maison individuelle, appartement à compteur individuel), ou la rénovation des logements anciens.
Plus généralement, elle peut s'appliquer dans tous les cas où il est prévu que le logement soit équipé, ou est déjà équipé d'une production d'eau chaude sanitaire semi- instantanée ou par accumulation.
2. ART ANTÉRIEUR
Traditionnellement, deux techniques prévalent dans l'installation des équipements techniques de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire d'un logement. Ces deux solutions connues de l'état de la technique sont illustrées figures IA et
IB.
On connaît ainsi une première technique, présentée figure IA, qui consiste à mettre en place le circuit de l'installation de chauffage 11 indépendamment et séparément du circuit d'eau chaude sanitaire (ECS) 12. Les appareils de production calorifique 13 (principaux ou d'appoints) pour le chauffage de l'eau du circuit de chauffage et de l'eau chaude sanitaire sont alors souvent distincts et peuvent fonctionner à partir d'énergies différentes (l'installation est dans ce cas qualifiée de mixte).
On connaît également une deuxième technique, illustrée figure IB, qui consiste à combiner la production d'eau chaude du circuit de chauffage 11 avec le circuit de distribution d'ECS 12. À cet effet on prévoit un ou plusieurs ballon(s) tampon d'eau chaude 14 communiquant (directement, ou par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 15) avec le circuit de chauffage 11. Un tel ballon permet ainsi le préchauffage ou le chauffage de l'eau chaude du circuit de chauffage 11, mais aussi le chauffage d'eau provenant du réseau d'eau potable (par circulation dans un échangeur situé à l'intérieur ou à l'extérieur du ballon, ou par chauffage d'un ballon d'accumulation d'eau chaude sanitaire 16 immergé dans le ballon tampon 14).
Un inconvénient majeur de la première solution connue est que les deux circuits de chauffage et d'ECS étant entièrement séparés, on double inévitablement le nombre de certains équipements (ballon d'accumulation, circulateur, vannes, ..., et parfois l'unité de production (chaudière)), ce qui peut en autre poser des problèmes d'encombrement et augmente le prix de l'installation complète.
Un premier inconvénient de la deuxième solution connue est qu'il est nécessaire de prévoir un échangeur de chaleur supplémentaire ou un ballon tampon plus complexe pour produire l'eau chaude sanitaire. Le coût de l'installation est ainsi accru.
Encore un autre inconvénient de la deuxième solution connue est que l'entretien ou la réparation du circuit de chauffage peut nécessiter d'intervenir sur le ballon tampon et entraîner la rupture de l'approvisionnement en eau chaude sanitaire. 3. OBJECTIFS DE L'INVENTION
L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, l'un des objectifs de la présente invention, dans au moins un mode de réalisation, est d'utiliser l'eau chaude sanitaire disponible dans une habitation pour participer à son chauffage en la faisant circuler dans le circuit de chauffage.
Ainsi l'invention va à l'encontre des a priori des professionnels des installations de chauffage qui ne prévoient pas de mettre en place, contrairement à l'invention, une installation effectuant un mélange d'eau de chauffage avec de l'eau chaude sanitaire. Les préjugés du professionnel l'incitent en effet à considérer qu'une eau ayant circulé et/ou séjourné dans un réseau de chauffage est une eau nécessairement troublée (par des traces de dépôt ou des boues métalliques provenant par exemple de radiateurs en fonte) ou contenant des additifs (antigel, anti- tartre, inhibiteur de corrosion, ...) et est par extension impropre à l'usage (en particulier à l'hygiène corporelle) et à la consommation humaine. D'autre part, les professionnels présupposent que l'eau d'un circuit de chauffage n'est que rarement vidangée, ce qui peut favoriser l'apparition d'une contamination bactérienne.
Cet état de fait prévalait jusqu'à l'apparition sur le marché ces dernières années de tubes et raccords pour installations sanitaires et de chauffage basse température en matériaux synthétiques, notamment à base de polymères, en remplacement des matériaux traditionnels : métaux cuivreux (cuivre, laiton) ou ferreux (fonte, inox) et de nouvelles techniques de traitement d'eau (ultrasons, flux magnétique, ...)
Ces nouveaux matériaux et techniques limitent ou excluent par conséquent : - l'apparition de corrosion ou de pollution due aux traces de décapants employés pour braser les raccords ;
- l'emploi d'additifs.
L'invention a également pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un dispositif qui soit d'un coût d'installation et d'un coût d'entretien économique, mais aussi d'un coût d'exploitation réduit.
L'invention a encore pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un dispositif qui permette de mutualiser les équipements du réseau de chauffage et de production d'ECS.
L'invention a aussi pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un dispositif qui soit aisé à mettre en œuvre.
Un autre objectif de l'invention, dans au moins un mode de réalisation, est de fournir un procédé de chauffage qui mette en oeuvre de l'eau chaude basse température.
Un objectif complémentaire de l'invention, dans au moins un mode de réalisation, est de fournir un dispositif adapté à la rénovation et/ou à la substitution des installations de chauffage existantes.
4. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de chauffage combiné d'un logement et/ou habitat individuel comprenant :
- des moyens de chauffage dudit logement et/ou habitat comprenant au moins un conduit de circulation d'eau chaude basse température ; et
- des moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire. Selon l'invention, un tel procédé comprend :
- une étape de chauffage de ladite eau sanitaire par lesdits moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire ;
- une étape de transfert de ladite eau sanitaire dans ledit conduit. Ainsi l'eau chaude sanitaire produite est utilisée pour chauffer le logement et/ou l'habitat.
Dans une variante avantageuse du procédé selon l'invention, lors de l'étape de transfert de ladite eau sanitaire dans ledit conduit, ledit transfert est réalisé par lots contingentés. Ainsi on simplifie la mise en œuvre de l'étape de transfert, tout en assurant une régulation correcte de la température du local et/ou du logement du fait de l'inertie des moyens de chauffage.
Plus généralement, l'invention concerne également un dispositif de chauffage combiné comprenant des moyens de mise en œuvre du procédé de chauffage combiné tel que décrit précédemment.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est ainsi proposé un équipement technique pour logement et/ou habitat individuel comprenant :
- des moyens de chauffage dudit logement et/ou habitat comprenant au moins un conduit de circulation d'eau chaude basse température; et - des moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire appartenant au groupe comprenant au moins : les moyens de chauffage électrique ; les moyens de chauffage par capteur solaire.
Selon l'invention, un tel dispositif comprend des moyens de transfert d'au moins une partie de ladite eau chaude à usage sanitaire produite dans ledit logement et/ou habitat vers ledit conduit de façon à chauffer ledit logement.
Le principe général de l'invention consiste donc à mutualiser l'eau chaude de chauffage et l'eau chaude sanitaire.
Ainsi, dans ce mode de réalisation particulier, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de la mise en oeuvre des installations combinées de chauffage. Elle se distingue notamment par l'absence d'échangeur de chaleur entre le circuit d'eau de chauffage et d'eau chaude sanitaire. Avantageusement, lesdits moyens de transfert appartiennent au groupe comprenant au moins : - un mitigeur thermostatique ;
- un volume tampon associé à au moins deux vannes de mélange commandées;
- une vanne trois voies à ouverture progressive.
De tels équipements permettent ainsi d'assurer à moindre coût le réglage de la température de l'eau chaude circulant dans les moyens de chauffage par mélange avec de l'eau chaude sanitaire.
De façon préférentielle, lesdits moyens de transfert sont en matériau polymère appartenant au groupe comprenant au moins :
- les thermoplastiques ;
- les thermodurcissables. Ainsi, il n'y pas de risque de contamination ou de pollution par contact lors du passage de l'eau dans les moyens de transfert. En effet, ces matériaux polymères satisfont aux exigences des règlements sanitaires concernant la distribution d'eau destinée à la consommation humaine.
De façon avantageuse, le volume d'eau chaude à usage sanitaire contenu dans lesdits moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire est supérieur et/ou égal au volume d'eau entrant et réchauffé dans ledit ballon pendant 24 heures.
Ainsi, on dispose d'un équipement à accumulation permettant de chauffer l'eau à usage sanitaire seulement pendant les périodes de la journée où le tarif de l'énergie de chauffage est avantageux. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'équipement comprend au moins des moyens de surpression appartenant au groupe comprenant au moins :
- une pompe de circulation pour mettre en mouvement l'eau chaude dans ledit conduit ;
- une colonne d'eau verticale solidaire dudit conduit , et lesdits moyens de surpression agissent pour maintenir la pression d'eau dans ledit conduit supérieure à la pression d'alimentation en eau de ville. Ainsi le sens préétabli de circulation de l'eau chaude sanitaire dans les conduits de l'équipement est garanti.
5. LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de modes de réalisation de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple indicatif et non limitatif (tous les modes de réalisation de l'invention ne sont pas limités aux caractéristiques et avantages de ce mode de réalisation préférentiel), et des dessins annexés, dans lesquels : les figures IA et IB illustrent deux solutions de chauffage combiné selon des techniques connues ; la figure 2 présente un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation particulier d'un équipement selon l'invention dans lequel le chauffage est électrique ; La figure 3 présente un schéma fonctionnel d'un autre mode particulier d'un équipement selon l'invention dans lequel le chauffage de l'eau est réalisé par des capteurs solaires et un appoint électrique.
6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Le principe général de l'invention repose donc sur une utilisation d'eau chaude sanitaire pour permettre de chauffer un logement et/ou un habitat. Notamment le procédé selon l'invention vise à mettre en œuvre une étape de transfert d'eau chaude sanitaire vers un circuit de chauffage.
Dans la suite du présent document ainsi que sur toutes les figures annexées, les éléments identiques sont désignés par une même référence numérique.
On présente en relation avec la figure 2 un équipement technique d'une maison individuelle à un étage combinant une installation de chauffage par Plancher chauffant Basse Température (PCBT) 21 avec une installation de production d'eau chaude sanitaire par ballon d'accumulation électrique 22, encore appelé ballon d'eau chaude.
Le plancher chauffant équipant le rez-de-chaussée se compose d'un réseau de conduits 211, de diamètres intérieurs 16 millimètres, circulant à l'intérieur d'une chape liquide (dans une variante de l'invention, la chape peut être également réalisée à partir de mortier) de 5 centimètres d'épaisseur sur isolant, recouverte de carrelage, et est pourvu d'un collecteur d'entrée 212 et d'un collecteur de sortie 213. Les conduits 211, et les collecteurs 212 et 213 sont de façon avantageuse en PolyEthylène Réticulé (PER).
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il peut être envisagé d'utiliser des collecteurs 212, 213 et des raccords en laiton. On notera que le matériau PER, autorisé à être mis au contact d'eau destinée à la consommation humaine (article R1321-48 du Code de la Santé Publique ; directive européenne 2000/60/CEE ; article 5.1 de l'Arrêté du 29 mai 1997 relatif aux matériaux et objets utilisés dans les installations fixes de production de traitement et de distribution d'eau destinée à la consommation humaine), présente cependant des avantages en termes de prix de revient et de montage du plancher chauffant. Un purgeur 218 situé sur le collecteur d'entrée 212 au point haut du plancher chauffant permet d'évacuer l'air et les gaz circulant dans le plancher.
La température de l'eau introduite dans le réseau de conduits 211 est préférentiellement comprise entre 28 degrés Celsius (0C) et 34°C et la température de l'eau dans le collecteur de sortie 213 est voisine de 200C (cette température variant en fonction des besoins en chauffage). Des vannes de réglage 214 ont été placées sur les départs des conduits à partir du collecteur d'entrée pour équilibrer les débits d'eau circulant dans les conduits en ajustant la valeur des pertes de charge dans chacun de ces conduits.
Un circulateur réglable 215 à 3 vitesses, encore appelé pompe de circulation, est placé en amont du collecteur d'entrée et permet la circulation de l'eau dans le Plancher Chauffant Basse Température 21. Un thermostat d'ambiance 216 lié à un boîtier de régulation programmable 217 agit sur la commande de mise en marche et d'arrêt du circulateur.
Le retour de l'eau du collecteur de sortie 213 vers le collecteur d'entrée 212 comprend un mitigeur thermostatique 26 permettant de maintenir la température de l'eau pénétrant à l'intérieur du réseau de conduits 211 du plancher chauffant 21 à une valeur constante, par mélange avec une quantité d'eau à température supérieure provenant du ballon d'eau chaude 22.
Le ballon de production d'eau chaude sanitaire 22, d'une capacité de stockage d'eau chaude de 200 litres, est disposé verticalement pour profiter d'une stratification interne de l'eau suivant sa température. Il est connu qu'un tel ballon ne demande que peu d'entretien. Il comprend dans sa partie basse une résistance électrique plongeante 221 pouvant délivrer 2500 Watts pour le chauffage de l'eau, et la température de l'eau, mesurée par la sonde 222, est régulée autour d'une valeur de consigne par l'intermédiaire de l'automate programmable 223. Suivant les recommandations des agences sanitaires et de l'environnement, la température de consigne est fixée à 65°C (de façon à respecter la limite inférieure de 55°C) et est régulièrement élevée à 700C pour éviter la contamination de l'eau contenue dans le ballon par des agents bactériens, et en particulier le développement des bactéries responsables de la Légionellose.
Le remplissage du ballon 22 s'effectue par le tube 224 d'alimentation en eau de ville, muni d'un clapet anti-retour 225, et sur lequel est monté un limiteur de pression 226 et un compteur volumétrique à émetteur d'impulsions 230. Un groupe de sécurité
227, incorporant une soupape de sécurité, permet de compenser les dilatations dues au chauffage de l'eau dans l'équipement technique selon l'invention tant au niveau du ballon 22 que du plancher chauffant 21.
Le soutirage d'eau chaude s'effectue dans la partie haute du ballon 22 par le tube 228. Un mitigeur thermostatique 23 est installé pour maintenir l'eau chaude sanitaire à une température inférieure à 600C au point de puisage et dans le tube d'alimentation 24 des équipements sanitaires de la maison (évier, baignoire, douche, lavabos, ...), de façon à se conformer aux directives réglementaires européennes imposant cette température (article 38 de l'Arrêté du 23 juin 1978). Partant en dérivation du tube 24, par l'intermédiaire d'un raccord étanche diélectrique, un deuxième conduit 25 relie la sortie du ballon 22 au mitigeur thermostatique 26. De l'eau chaude sanitaire à 65°C provenant du deuxième conduit 25 est admise automatique dans le mitigeur thermostatique 26 pour se mélanger avec l'eau de retour du plancher chauffant de façon à réguler la température dans le mitigeur thermostatique autour d'une valeur de consigne 27.
Par effet de compensation, dès lors que de l'eau provenant du deuxième conduit 25 est introduite dans le mitigeur 26, une même quantité d'eau (représentée par la flèche 28) provenant du collecteur de sortie du plancher chauffant est dirigée vers le ballon d'eau chaude 22 où cette quantité d'eau va être réchauffée. Ainsi, toute l'eau provenant du plancher chauffant passe par le ballon d'eau chaude (le clapet anti-retour 225 empêche que l'eau provenant du plancher chauffant se mélange avec l'eau du conduit de distribution d'eau froide sanitaire), où elle peut être surchauffée à 700C afin de détruire d'éventuelles bactéries ayant pu se développer dans le plancher chauffant.
De façon à éviter que l'eau froide venant en complément de l'eau chaude sanitaire soutirée du ballon se dirige non vers le ballon, mais dans le conduit 29, la surpression établie par la pompe de circulation 215 est réglée pour que la pression dans le conduit 29 reste toujours légèrement supérieure à la pression d'alimentation en eau froide sanitaire.
Le mitigeur thermostatique est équipé de deux clapets anti-retour 261, 262 pour éviter que de l'eau ne quitte le mitigeur en direction du ballon 22 ou du collecteur de sortie 213.
Des vannes ou robinets d'arrêt 229 sont en outre placés sur les tubes 224, 228 et
25 afin de pouvoir isoler le ballon d'eau chaude au cours des opérations d'entretien nécessaires pour éviter tout risque d'entartrage.
L'énergie moyenne journalière nécessaire au chauffage du logement est ainsi dans ce mode particulier de réalisation de l'invention de 25 kilowattheures (kWh) en période hivernale. Cette énergie correspond à un volume de 430 litres d'eau réchauffée dans le ballon au cours d'une journée, et provenant du collecteur de sortie du plancher chauffant. Ainsi, l'ensemble de l'eau circulant dans le plancher chauffant est transférée via le mitigeur thermostatique dans le ballon d'eau chaude au cours d'une journée, ce qui évite la stagnation de l'eau dans le plancher, et par conséquent la prolifération de bactéries, et l'élimination des impuretés lors de leur passage dans un filtre à tamis à robinet de rinçage 219.
Dans un autre mode de réalisation particulier, le volume du ballon d'eau chaude est supérieur au volume d'eau, provenant du collecteur de sortie du plancher chauffant et entrant dans le ballon, qu'il est nécessaire de réchauffer dans le ballon au cours d'une journée. De manière préférentielle, on vise à réchauffer l'eau du ballon d'un équipement selon ce mode particulier de réalisation en « heures creuses » pour bénéficier des tarifications électriques les plus avantageuses en fonction de la période de la journée et réduire les coûts de fonctionnement de l'équipement. Dans encore un autre mode de réalisation de l'invention, un deuxième réseau de conduit de plancher chauffant peut être raccordé (par exemple pour chauffer l'étage d'une maison ) en parallèle de l'équipement présenté ci-dessus. On prévoit dans cet autre mode de réalisation d'installer un ballon d'eau chaude de capacité supérieure (en volume et en puissance) et de placer si nécessaire le ballon d'eau chaude à l'étage du logement. En référence à la figure 3 est illustré un équipement selon l'invention pour lequel l'eau chaude est mise en température par échange de chaleur avec un fluide caloporteur circulant à l'intérieur de capteurs solaires 31. Les capteurs solaires 31 sont de type plans vitrés, étant connu que les capteurs solaires « sans vitrage » ou « sous vide » ne sont pas adaptés à la production d'ECS. La production combinée de chauffage et d'ECS imposant des arbitrages concernant l'orientation des capteurs 31, la priorité a été donnée au chauffage avec une orientation à 60° des capteurs solaires pour une récupération optimale des rayons solaires. En période estivale, cette orientation moins favorable évite ainsi des montées en températures excessives tout en assurant la satisfaction des seuls besoins en ECS. Toutefois, afin de maîtriser les surchauffes estivales, les capteurs solaires 31 utilisés sont à vidange automatique 32 dans ce mode de réalisation particulier de l'équipement selon l'invention. Une boucle de décharge, un refroidissement nocturne ou la mise sous pression du circuit de fluide caloporteur (pour éviter l'ébullition du fluide caloporteur), ou tout autre moyen ou dispositif permettant d'éviter une dégradation matérielle des équipements du circuit de fluide caloporteur, peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l'invention.
Le fluide caloporteur est mis en circulation par une pompe de circulation 34 entre les capteurs 31 et l'échangeur de chaleur 33 composé d'un tube enroulé en spires plongeant dans le ballon 22. Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, le fluide caloporteur contient un additif antigel pour éviter le gel du fluide caloporteur dans les conduites à l'extérieur de l'habitation lors, par exemple, des périodes nocturnes où la pompe 34 est à l'arrêt. Le circuit de fluide caloporteur est en outre pourvu d'un vase d'expansion 40 et d'une soupape pour compenser les dilatations du fluide caloporteur.
Une résistance électrique 38 assure le chauffage d'appoint de l'eau du ballon lorsque les apports solaires sont insuffisants pour maintenir la température du ballon 222 à sa valeur de consigne. La température mesurée à la sortie de l'échangeur de chaleur 33 par la sonde 37 est régulée par l'automate programmable 35 agissant sur le débit de la pompe de circulation 34, en fonction de la température du fluide caloporteur dans les capteurs solaires 31. Un interrupteur crépusculaire 39 commande au démarrage et l'arrêt de la pompe de circulation 34.
Dans une variante du mode de réalisation de la figure 3, privilégié dans les régions de climat tempéré où la température extérieure ne descend pas en dessous de 00C, il peut également être envisagé de faire directement circuler l'eau du ballon dans les capteurs solaires. L'équipement décrit ci-dessus est destiné au chauffage du rez-de-chaussée d'une maison individuelle. Il est clair toutefois qu'il peut aisément être adapté à de nombreuses autres applications (chauffage de pièces en étage, d'un appartement, ...) sans sortir du cadre de l'invention.
Les équipements illustrés figures 2 et 3 ou tout autre équipement selon l'invention peuvent en outre comporter un thermostat incorporant une fonction de mise hors gel dès que la température du local à chauffer devient inférieure à un seuil de température, préférentiellement fixé à 5°C. En cas d'inoccupation prolongée d'un logement équipé d'un dispositif de chauffage par plancher chauffant et de production d'eau chaude sanitaire combinés selon l'invention, il peut également être prévu, afin d'écarter le risque de gel, de vider l'eau du ballon et de chasser l'eau des conduits du plancher chauffant avec de l'air comprimé pour purger l'équipement. Ce mode opératoire permet en particulier d'éviter l'écrasement des conduites du plancher chauffant en y maintenant une surpression.
Il est clair que de nombreux autres modes de réalisation de l'invention peuvent encore être envisagés. On peut notamment prévoir de chauffer la dalle de fond d'une piscine pour maintenir en température l'eau du bassin en mi-saison.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de chauffage combiné d'un logement et/ou habitat individuel comprenant :
- des moyens de chauffage dudit logement et/ou habitat comprenant au moins un conduit de circulation d'eau chaude basse température ; et
- des moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire ; caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape de chauffage de ladite eau sanitaire par lesdits moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire ; - une étape de transfert de ladite eau sanitaire dans ledit conduit.
2. Procédé de chauffage combiné selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, lors de ladite étape de transfert de ladite eau sanitaire dans ledit conduit, ledit transfert est réalisé par lots contingentés.
3. Équipement technique pour logement et/ou habitat individuel comprenant : - des moyens de chauffage dudit logement et/ou habitat comprenant au moins un conduit de circulation d'eau chaude basse température; et
- des moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire appartenant au groupe comprenant au moins : les moyens de chauffage électrique ; - les moyens de chauffage par capteur solaire ;
, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transfert d'au moins une partie de ladite eau chaude à usage sanitaire produite dans ledit logement et/ou habitat vers ledit conduit de façon à chauffer ledit logement.
4. Équipement technique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de transfert appartiennent au groupe comprenant au moins :
- un mitigeur thermostatique ;
- un volume tampon associé à au moins deux vannes de mélange commandées ;
- une vanne trois voies à ouverture progressive.
5. Équipement technique selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de transfert sont en matériau polymère appartenant au groupe comprenant au moins : - les thermoplastiques ;
- les thermodurcissables.
6. Équipement technique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le volume d'eau chaude à usage sanitaire contenu dans lesdits moyens de production d'eau chaude à usage sanitaire est supérieur et/ou égal au volume d'eau entrant et réchauffé dans ledit ballon pendant 24 heures.
7. Équipement technique selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des moyens de surpression appartenant au groupe comprenant au moins : - une pompe de circulation pour mettre en mouvement l'eau chaude dans ledit conduit ;
- une colonne d'eau verticale solidaire dudit conduit ; et en ce que lesdits moyens de surpression agissent pour maintenir la pression d'eau dans ledit conduit supérieure à la pression d'alimentation en eau de ville.
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