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EP3225922B1 - Systeme de rafraichissement, climatisation ou chauffage - Google Patents

Systeme de rafraichissement, climatisation ou chauffage Download PDF

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Publication number
EP3225922B1
EP3225922B1 EP17164347.1A EP17164347A EP3225922B1 EP 3225922 B1 EP3225922 B1 EP 3225922B1 EP 17164347 A EP17164347 A EP 17164347A EP 3225922 B1 EP3225922 B1 EP 3225922B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
tank
temperature
hot water
deicing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP17164347.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3225922A1 (fr
Inventor
Damien CASTELEYN
Luc Saisset
Emmanuel ANTOINE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Societe Industrielle de Chauffage SIC SAS
Original Assignee
Societe Industrielle de Chauffage SIC SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Industrielle de Chauffage SIC SAS filed Critical Societe Industrielle de Chauffage SIC SAS
Priority to SI201730719T priority Critical patent/SI3225922T1/sl
Priority to PL17164347T priority patent/PL3225922T3/pl
Publication of EP3225922A1 publication Critical patent/EP3225922A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3225922B1 publication Critical patent/EP3225922B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • 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
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1072—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F25B47/022—Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F25B47/025—Defrosting cycles hot gas defrosting by reversing the cycle
    • 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
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump

Definitions

  • the invention relates to a cooling, air conditioning or heating system for a building based on the heat pump principle and using outside air as a source of thermal energy.
  • the system is of the type with separate heat exchange units in which, on the one hand, the compressor, the expansion member and the first exchanger in which the outside air circulates and, on the other hand, the second exchanger are distributed in two separate heat exchange units at a distance from each other.
  • one of the heat exchange units When such a system is installed for the purpose of cooling, air conditioning or heating a building (dwelling, etc.), one of the heat exchange units, called the outdoor unit, is placed outside the building while the The other unit is placed inside the building.
  • this type of outdoor unit has an evaporator, an air inlet on a first face and an air outlet on a second face opposite the first.
  • defrost can be provided by a cycle reversal by means of a 4-way valve on the refrigeration circuit. Said valve performs the changeover between the evaporator and the condenser of the refrigeration circuit. During this operation, energy must be supplied to the condenser which has turned into an evaporator.
  • Other examples are disclosed in the documents EP 2103890A1 and EP2940407A1 .
  • the strategy in the event of defrost of the evaporator of the outdoor unit is to reverse the refrigeration cycle and to take the defrost energy from at least one hydraulic circuit of the heating network.
  • the hydraulic design of the installation must provide for a system ensuring circulation of the heating fluid and a minimum volume thereof in all situations.
  • a usual solution is to indicate a minimum volume of water for the installation and if necessary to place a buffer tank on the return of the condenser.
  • the operational safety of the device is also associated with a water flow control.
  • the rules of the art stipulate that a heating installation with a centralized controller, which is for example the case of a heat pump system, must include at least one heat emitter, usually a radiator, fitted with a non-thermostatic valve, which does not prevent the user from closing said valve but avoids its automatic closing by raising the air temperature in the room.
  • a cooling, air conditioning or heating system according to the invention overcomes the drawbacks noted in the state of the art, by proposing in particular to ensure the defrosting of the outdoor unit, regardless of the geometry and the characteristics. the hydraulic environment of the condenser.
  • the subject of the invention is a system for cooling, air conditioning or heating a building comprising a circuit for modifying the temperature of said building and a hot water heating circuit provided with a hot water tank, said system being based on the principle of the heat pump using air as an external source and comprising an external heat exchange unit equipped with an evaporator and an internal unit having a condenser and intended to heat a secondary fluid circulating alternately in the heating circuit heating and the hot water heating circuit where it ensures the heating of a tertiary fluid supplying the tank, through an exchanger thermally connecting the secondary and tertiary fluids.
  • the main characteristic of a system according to the invention is that it comprises an automatic control device making it possible, during evaporator defrosting operations carried out by a cycle inversion of the outdoor unit, to stop the circulation of the fluid. secondary in the temperature modification circuit, and to redirect said secondary fluid to the exchanger in order to maintain the secondary fluid at a certain temperature by means of a withdrawal of the heat energy necessary for said cycle in the hot water tank via the condenser of the indoor unit.
  • the building temperature modification circuit can for example consist of a heating circuit, a cooling circuit or an air conditioning circuit. Depending on its use, the temperature modification circuit can either lower or increase the temperature of the building. However, such a temperature modification circuit is essentially used as a heating circuit in the context of the present invention.
  • the outdoor heat exchange unit provides heat exchange with the outdoor air and includes at least one heat exchanger in the form of an evaporator.
  • a system according to the invention is thus able to ensure defrosting of this evaporator by drawing off the heat energy from the hot water tank via the condenser of the internal unit. Defrosting of this evaporator is usually carried out by means of the indoor unit condenser connected to the temperature modification circuit, which presents a risk of freezing if it is too small. By using the hot water stored in the tank, the condenser of the temperature modification circuit is no longer exposed to freezing. However, it is not excluded that the temperature modification circuit can be totally or partially substituted for the domestic hot water circuit to provide transient defrosting of the evaporator of the outdoor heat exchange unit. .
  • the temperature modification circuit is a hydraulic circuit.
  • a control unit controls the various hot water flows present in the building, in particular in order to convey the hot water stored in the balloon to the condenser transformed into an evaporator.
  • the hot water circuit is a domestic hot water circuit.
  • a system according to the invention comprises a directional valve capable of managing the two circuits, the defrosting of the evaporator of the outdoor unit being carried out jointly with the reversal of the refrigeration cycle, by tilting the valve making it possible to redirect the secondary fluid to the heat exchanger in communication with the tertiary fluid of the balloon, ensuring the permutation of the hot sources of said cycle.
  • a control unit controls the valve so as to send hot water stored in the tank.
  • the hot water stored in the tank can be sent to the condenser via an intermediate exchanger, such as for example a coil.
  • said system comprises two separate pumps able to manage the two circuits, the defrost of the evaporator of the outdoor unit being carried out jointly with the reversal of the refrigeration cycle. , by switching the pump of the temperature modification circuit to the pump of the hot water circuit making it possible to redirect the secondary fluid to the heat exchanger in communication with the tertiary fluid of the tank, ensuring the changeover of the hot sources of said cycle.
  • a system according to the invention comprises means for controlling the temperature of the water stored in the balloon.
  • the temperature of the water present in the tank can be adjusted as necessary in relation to the needs of the moment, in terms of defrosting.
  • Another subject of the invention is a method for defrosting an evaporator of an outdoor unit of a system according to the invention.
  • the switching of the two circuits to the hot water circuit can for example be carried out by means of a valve and / or pumps.
  • a method according to the invention comprises a step of controlling the temperature of the sanitary water stored in the tank.
  • This step of controlling the temperature of the domestic hot water stored in the tank aims to verify that said water is indeed able to ensure the defrosting of the evaporator in a complete and satisfactory manner.
  • the control step can for example be carried out by means of measurements, carried out with conventional temperature probes.
  • a method according to the invention comprises a step of preliminary heating of the water present in the tank, if the temperature controlled in the tank is below a predetermined threshold value. Indeed, if the control step reveals that the temperature of the water is not high enough, then a defrosting process according to the invention implements an additional step of heating the water to bring it to a temperature. sufficient temperature and enable it to ensure satisfactory defrosting of the evaporator.
  • the stage of preliminary heating of the balloon is carried out by means of an electrical resistance device. It is a simple, proven and well-mastered heating method.
  • said method comprises a step of using the temperature modification circuit as a hot source. to ensure defrosting of the evaporator of the outdoor unit. Indeed, if the conditions are not met at the level of the hot water tank, then the temperature modification circuit can be requested to temporarily ensure the defrost of the evaporator, while waiting for the hot water tank to become operational.
  • the threshold temperature of the tank depends on at least one parameter to be chosen from the characteristics of the external heat exchange unit, the capacity of the tank and a condenser placed on the water circuit and the circuit for modifying the temperature. temperature.
  • This threshold temperature is set taking into account the environment of the temperature modification circuit and the domestic hot water, the structural and functional characteristics of the external heat exchange unit, the tank capacity and the characteristics. of the indoor unit condenser.
  • Another object of the invention is a building comprising a system in accordance with the invention and allowing the implementation of a method according to the invention.
  • the main characteristic of a building according to the invention is that the step of defrosting the outdoor unit is carried out from a control unit which is able to select the temperature modification circuit or the circuit d. hot water to ensure said defrosting.
  • a building thus has a double possibility of defrosting the outdoor unit, one via the temperature modification circuit, the other via the hot water circuit.
  • these two circuits can thus be used alternately, to ensure the same phase of defrosting the evaporator.
  • one of the two circuits may be preferred to the other circuit to ensure the entire defrosting phase, as a function of economic parameters or for reasons of efficiency and yield. Indeed, in the event of a forecast of a strong need for hot water, it is the temperature modification circuit which will be favored to ensure the defrost of the evaporator and thus to preserve the hot water for its use. original.
  • the selection of the circuit is a function of at least one parameter to be chosen from among the temperature of the hot water, the temperature of the temperature modification circuit, the heating flow rate, and the time range of use of said circuit.
  • a building 1 comprises a cooling, air conditioning or heating system comprising a circuit in which a secondary fluid circulates, said circuit comprising a heating circuit 2 and a domestic hot water circuit 3 in communication with a heat exchanger 12 immersed in a domestic hot water tank 4, in which a tertiary fluid 13 circulates, said system being based on the principle of the heat pump, using air as an external source.
  • the tertiary fluid 13 therefore supplies the hot water tank 4 from a source forming an integral part of the water supply network of the building 1.
  • This heat pump also uses a thermodynamic cycle based on compression, condensation, the expansion and evaporation of a fluid primary 11, such as for example R410A, and is intended to heat the secondary fluid of the heating circuit 2 and of the domestic hot water circuit 3, and the tertiary fluid 13 of the tank 4.
  • a fluid primary 11 such as for example R410A
  • Such a system conventionally comprises a three-way valve 5 capable of controlling the secondary fluid between the heating circuit 2 and the domestic hot water circuit 3 towards the tertiary fluid 13 of the tank 4.
  • the building 1 comprises an exchange unit 6. external thermal allowing to ensure a thermal exchange with the outside air, said unit 6 comprising at least one heat exchanger in the form of an evaporator and a cycle reversal valve.
  • Said building 1 also comprises an indoor unit having a condenser 8.
  • the heating circuit 2 comprises the condenser 8 and is able to supply hot water to heating elements such as for example radiators 10 of building 1.
  • the evaporator of the The outdoor unit 6 being liable to undergo phases of accumulation of frost during the various operating phases of the cooling, air conditioning or heating system, must undergo defrost phases in order to remain operational.
  • the defrosting process described above is carried out exclusively by using, at the hot source of the refrigeration circuit, hot water stored in tank 4. It should be noted that such a process is controlled by a suitable control unit. to take into account all the parameters inherent in the operation of the tank 4, such as for example the temperature, the pressure and the volume of the water present in the said tank 4, as well as the parameters characterizing at a given moment, all the different elements constituting the heat pump, and in particular the outdoor unit 6. This control unit also allows the valve 5 to be controlled in order to operate the heating circuit 2 and / or the domestic hot water circuit 3.
  • building 1 has a heating circuit 2 and a domestic hot water circuit 3, the defrosting of the outdoor unit 6 can be carried out using the said two circuits as a hot source indifferently 2, 3.
  • the two circuits 2, 3 can be used alternately over a given period, to ensure the same defrost phase for the outdoor unit 6 over said period.
  • only one of said circuits 2, 3 is retained to ensure the defrosting of the outdoor unit 6, the choice of said circuit 2, 3 being dictated by constraints, such as for example the forecast of significant sanitary use, significant heating of building 1, for example in cold weather.

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Description

  • L'invention concerne un système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage d'un bâtiment basé sur le principe de la pompe à chaleur et utilisant l'air extérieur comme source d'énergie thermique. Le système est du type à unités d'échange thermique séparées dans lesquelles, d'une part, le compresseur, l'organe de détente et le premier échangeur dans lequel circule l'air extérieur et, d'autre part, le deuxième échangeur sont répartis dans deux unités d'échange thermique distinctes et à distance l'une de l'autre.
  • Lorsqu'un tel système est installé dans le but de rafraîchir, climatiser ou chauffer un bâtiment (habitation...), l'une des unités d'échange thermique, appelée unité extérieure, est placée à l'extérieur du bâtiment tandis que l'autre unité est placée à l'intérieur du bâtiment.
  • Généralement, ce type d'unité extérieure comporte un évaporateur, une entrée d'air sur une première face et une sortie d'air sur une deuxième face opposée à la première.
  • Il est connu que sur les pompes à chaleur, le dégivrage peut être assuré par une inversion de cycle au moyen d'une vanne 4 voies sur le circuit frigorifique. La dite vanne réalise la permutation entre l'évaporateur et le condenseur du circuit frigorifique. Pendant cette opération, de l'énergie doit être apportée au condenseur qui s'est transformé en évaporateur. D'autres examples sont divulgués dans les documents EP 2103890A1 et EP2940407A1 .
  • Actuellement, la stratégie en cas de dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure est d'inverser le cycle frigorifique et de prélever l'énergie du dégivrage dans au moins un circuit hydraulique du réseau de chauffage.
  • Il est connu, que sur les appareils dits 2 services assurant à la fois de façon séquentielle la fonction chauffage et la fonction production d'eau chaude sanitaire, une vanne directionnelle 3 voies est utilisée pour assurer la commutation des circuits hydrauliques au condenseur, celui-ci pouvant être irrigué par le circuit chauffage ou circuit sanitaire.
  • Usuellement, le basculement d'une vanne 3 voies entre le circuit ECS (Eau Chaude Sanitaire) et le circuit chauffage (assurant également les fonctions de rafraîchissement et de climatisation) est utilisé pour cette fonction, sur les appareils assurant ces deux services. La mise en œuvre de 2 pompes peut également assurer la même fonction.
  • Cette stratégie fonctionne bien avec un échangeur (condenseur) qui comporte un gros volume d'eau, comme par exemple un échangeur coaxial dans un ballon tampon du type de celui décrit dans la demande EP2080975 , mais présente en revanche des risques de gel avec des échangeurs à faible volume, du type échangeurs à plaques par exemple et/ou des installations de chauffage à très faible volume.
  • Dans ce dernier cas, la conception hydraulique de l'installation doit prévoir un système assurant dans toutes les situations une circulation du fluide de chauffage et un volume minimum de celui-ci.
  • Une solution habituelle est d'indiquer un volume d'eau minimum pour l'installation et si nécessaire de placer un ballon tampon sur le retour du condenseur. La sécurité de fonctionnement de l'appareil est également associée à un contrôle de débit d'eau. Les règles de l'art stipulent aussi qu'une installation de chauffage avec un régulateur centralisé, ce qui est par exemple le cas d'un système de pompe à chaleur, doit comprendre au moins un émetteur de chaleur, usuellement un radiateur, muni d'un robinet non thermostatique, ce qui n'empêche pas l'usager de fermer ledit robinet mais évite sa fermeture automatique par élévation de la température de l'air de la pièce.
  • Cet arrangement présente quelques inconvénients :
    • Si le débit d'eau sur l'installation est faible ou nul, dans le cas par exemple d'une vanne thermostatique et de robinets fermés, il existe un risque de gel de l'échangeur (condenseur) lors du dégivrage. Le risque augmente sur des installations à faible volume d'eau. Ce risque est accentué en mi saison ou dans les habitations sensibles à l'ensoleillement ou par la présence d'appareils de chauffage individuels impliquant par exemple du bois : dans ce cas, en l'absence de besoin de chauffage des locaux, le basculement en dégivrage intervient souvent lors d'une charge sanitaire et le circuit de chauffage peut être complètement fermé.
    • Lors d'une mise en route par temps froid, il donc est nécessaire de préchauffer la boucle de chauffage avec les appoints électrique afin de garantir la disponibilité de suffisamment d'énergie pour un éventuel dégivrage. Ceci est contraignant, mal vécu par l'installateur et source de gaspillage d'énergie.
  • Un système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage selon l'invention permet de s'affranchir des inconvénients relevés dans l'état de la technique, en proposant notamment d'assurer le dégivrage de l'unité extérieure, quelle que soit la géométrie et les caractéristiques de l'environnement hydraulique du condenseur.
  • Pour la suite de la description, il est important de préciser que les expressions « dégivrage de l'unité extérieure » et « dégivrage de l'évaporateur » sont équivalentes.
  • L'invention a pour objet un système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage d'un bâtiment comprenant un circuit de modification de la température dudit bâtiment et un circuit de chauffage d'eau chaude doté d'un ballon d'eau chaude, ledit système étant basé sur le principe de la pompe à chaleur utilisant l'air comme source extérieure et comportant une unité d'échange thermique extérieure dotée d'un évaporateur et une unité intérieure possédant un condenseur et destinée à chauffer un fluide secondaire circulant alternativement dans le circuit de chauffage et le circuit de chauffage de l'eau chaude où il assure le chauffage d'un fluide tertiaire alimentant le ballon, au travers d'un échangeur reliant thermiquement les fluides secondaires et tertiaires.
  • La principale caractéristique d'un système selon l'invention est qu'il comprend un dispositif de commande automatique permettant lors des opérations de dégivrage de l'évaporateur réalisées par une inversion de cycle de l'unité extérieure, d'arrêter la circulation du fluide secondaire dans le circuit de modification de la température, et de rediriger ledit fluide secondaire vers l'échangeur afin de maintenir le fluide secondaire à une certaine température au moyen d'un prélèvement de l'énergie calorifique nécessaire audit cycle dans le ballon d'eau chaude via le condenseur de l'unité interne. Le circuit de modification de la température du bâtiment peut par exemple être constitué par un circuit de chauffage, un circuit de rafraichissement ou un circuit de climatisation. Suivant son utilisation, le circuit de modification de la température peut, soit abaisser, soit augmenter la température du bâtiment. Néanmoins, un tel circuit de modification de la température est essentiellement utilisé comme circuit de chauffage dans le cadre de la présente invention.
  • L'unité d'échange thermique extérieure assure un échange thermique avec l'air extérieur et comporte au moins un échangeur thermique sous la forme d'un évaporateur. Un système selon l'invention est ainsi apte à assurer un dégivrage de cet évaporateur grâce à un prélèvement de l'énergie calorifique dans le ballon d'eau chaude via le condenseur de l'unité interne. Le dégivrage de cet évaporateur est habituellement réalisé au moyen du condenseur de l'unité intérieure raccordé au circuit de modification de la température, qui présente des risques de gel s'il est de trop petite taille. En ayant recours à l'eau chaude stockée dans le ballon, le condenseur du circuit de modification de la température n'est plus exposé au gel. Cependant, il n'est pas exclu que le circuit de modification de la température puisse se substituer totalement ou partiellement au circuit d'eau chaude sanitaire pour assurer de façon transitoire, le dégivrage de l'évaporateur de l'unité d'échange thermique extérieure. En effet, le fait d'assurer le dégivrage de l'évaporateur principalement avec le circuit de circulation de l'eau chaude ne signifie pas que ce dégivrage ne puisse pas être réalisé avec le circuit de modification de la température, lors de périodes bien identifiées. De façon préférentielle, le circuit de modification de la température est un circuit hydraulique. Préférentiellement, une unité de commande pilote les différents flux d'eau chaude présents dans le bâtiment, afin notamment d'acheminer l'eau chaude stockée dans le ballon vers le condenseur transformé en évaporateur. Avantageusement, le circuit d'eau chaude est un circuit d'eau chaude sanitaire.
  • Préférentiellement, un système selon l'invention comprend une vanne directionnelle apte à gérer les deux circuits, le dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure étant réalisé conjointement à l'inversion du cycle frigorifique, par un basculement de la vanne permettant de rediriger le fluide secondaire vers l'échangeur thermique en communication avec le fluide tertiaire du ballon, assurant la permutation des sources chaudes dudit cycle. De cette manière, lorsqu'un besoin en dégivrage de l'évaporateur est détecté, simultanément à l'inversion de cycle de l'unité extérieure, une unité de commande pilote la vanne de manière à envoyer de l'eau chaude stockée dans le ballon d'eau sanitaire vers le condenseur du circuit transformé en évaporateur par l'inversion de cycle, afin de lui transmettre l'énergie nécessaire au dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure, qui lui fonctionne en condenseur pendant le dégivrage. De façon avantageuse, l'envoi de l'eau chaude stockée dans le ballon vers le condenseur peut s'effectuer via un échangeur intermédiaire, comme par exemple un serpentin.
  • Selon un autre mode de réalisation préféré d'un système selon l'invention, ledit système comprend deux pompes séparées aptes à gérer les deux circuits, le dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure étant réalisé conjointement à l'inversion du cycle frigorifique, par un basculement de la pompe du circuit de modification de la température vers la pompe du circuit d'eau chaude permettant de rediriger le fluide secondaire vers l'échangeur thermique en communication avec le fluide tertiaire du ballon, assurant la permutation des sources chaudes dudit cycle.
  • Avantageusement, un système selon l'invention comprend des moyens de contrôle de la température de l'eau stockée dans le ballon. De cette manière, la température de l'eau présente dans le ballon pourra être réglée au juste nécessaire par rapport aux besoins du moment, en matière de dégivrage.
  • L'invention a pour autre objet un procédé de dégivrage d'un évaporateur d'une unité extérieure d'un système selon l'invention.
  • La principale caractéristique d'un système selon l'invention est qu'il comprend les étapes suivantes,
    • une étape de basculement des deux circuits vers le circuit d'eau chaude,
    • une étape de dégivrage par inversion du cycle, de l'évaporateur de l'unité d'échange thermique extérieure avec l'énergie apportée au condenseur par l'eau chaude stockée dans le ballon.
  • Il est à noter que le basculement des deux circuits vers le circuit d'eau chaude peut par exemple être réalisé au moyen d'une vanne et/ou de pompes.
  • Avantageusement, un procédé selon l'invention comprend une étape de contrôle de la température de l'eau sanitaire stockée dans le ballon. Cette étape de contrôle de la température de l'eau chaude sanitaire stockée dans le ballon vise à vérifier que ladite eau est bien apte à assurer le dégivrage de l'évaporateur de façon complète et satisfaisante. L'étape de contrôle peut par exemple être réalisée au moyen de mesures, réalisées avec des sondes de température conventionnelles.
  • De façon préférentielle, un procédé selon l'invention comprend une étape de chauffage préliminaire de l'eau présente dans le ballon, si la température contrôlée dans le ballon est inférieure à une valeur seuil prédéterminée. En effet, si l'étape de contrôle révèle que la température de l'eau n'est pas suffisamment élevée, alors un procédé de dégivrage selon l'invention met en œuvre une étape complémentaire de chauffage de l'eau pour la porter à une température suffisante et lui permettre d'assurer avec satisfaction le dégivrage de l'évaporateur.
  • Préférentiellement, l'étape de chauffage préliminaire du ballon est réalisée au moyen d'un dispositif de résistance électrique. Il s'agit d'un moyen de chauffage simple, éprouvé et bien maitrisé.
  • De façon avantageuse, si la température contrôlée dans le ballon est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, ledit procédé comprend une étape d'utilisation du circuit de modification de la température comme source chaude pour assurer le dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure. En effet, si les conditions ne sont pas réunies au niveau du ballon d'eau chaude, alors le circuit de modification de la température peut être sollicité pour assurer temporairement le dégivrage de l'évaporateur, en attendant que le ballon d'eau chaude devienne opérationnel.
  • Avantageusement, la température seuil du ballon est fonction d'au moins un paramètre à choisir parmi les caractéristiques de l'unité d'échange thermique extérieure, la capacité du ballon et un condenseur placé sur le circuit d'eau et le circuit de modification de la température. Cette température seuil est fixée en tenant compte de l'environnement du circuit de modification de la température et de l'eau chaude sanitaire, des caractéristiques structurelles et fonctionnelles de l'unité d'échange thermique extérieure, de la capacité du ballon et des caractéristiques du condenseur de l'unité intérieure.
  • L'invention a pour autre objet un bâtiment comprenant un système conforme à l'invention et permettant la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention.
  • La principale caractéristique d'un bâtiment selon l'invention, est que l'étape de dégivrage de l'unité extérieure est réalisée à partir d'une unité de commande qui est apte à sélectionner le circuit de modification de la température ou le circuit d'eau chaude pour assurer ledit dégivrage. Un tel bâtiment possède ainsi une double possibilité de dégivrage de l'unité extérieure, l'une par l'intermédiaire du circuit de modification de la température, l'autre par l'intermédiaire du circuit d'eau chaude. Avantageusement, ces deux circuits peuvent ainsi être utilisés en alternance, pour assurer une même phase de dégivrage de l'évaporateur. Selon un autre mode de réalisation, l'un des deux circuits peut être préféré à l'autre circuit pour assurer la totalité de la phase de dégivrage, en fonction de paramètres économiques ou pour des raisons d'efficacité et de rendement. En effet, dans le cas d'une prévision d'un fort besoin en eau chaude, c'est le circuit de modification de la température qui sera privilégié pour assurer le dégivrage de l'évaporateur et ainsi préserver l'eau chaude pour son usage originel.
  • Avantageusement, la sélection du circuit est fonction d'au moins un paramètre à choisir parmi la température de l'eau chaude, la température du circuit de modification de la température, le débit de chauffage, et la plage horaire d'utilisation dudit circuit.
  • Un système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage selon l'invention présente les avantages suivants,
    • Il rend moins sensible les pompes à chaleur à une mauvaise définition du réseau hydraulique qui risquerait d'entrainer une casse du condenseur par gel, par exemple en cas d'absence de soupape différentielle ou by-pass, ou de boucle ouverte sur un réseau avec radiateurs (têtes thermostatiques),
    • Il garantit le débit d'eau et évite le gel de l'échangeur lors d'un dégivrage,
    • S'il est placé sur un réseau à très faible volume d'eau, il est possible de trouver l'énergie du dégivrage dans le ballon d'eau chaude sanitaire,
    • Sa mise en œuvre peut être facilitée par temps froid au moyen d'une stratégie reposant sur un chauffage préliminaire du ballon d'eau chaude sanitaire, puis sur une autorisation de fonctionnement du module thermodynamique pour le chauffage, même si la température du circuit hydraulique de chauffage est basse. Il n'existe ainsi plus de risque de gel dans l'échangeur lors du dégivrage,
    • Il évite un inconfort provoqué par la chute de température de départ en mode chauffage lors des dégivrages (particulièrement avec des générateurs à faible inertie ou de type ventilo-convecteurs en combinaison ou non avec des faibles volumes),
    • Lors des périodes de production d'eau chaude sanitaire uniquement, par exemple à mi saison, il permet d'éviter d'envoyer dans le circuit de chauffage le volume d'eau à assez haute température de l'échangeur au moment du basculement de la vanne en mode dégivrage, et donc de provoquer des gênes utilisateurs pour des trains de chaleur dans les radiateurs alors qu'il n'y a pas de besoin chauffage,
    • Il améliore l'efficacité de la production d'eau chaude sanitaire : l'énergie contenue dans l'échangeur au moment du basculement de la vanne en mode dégivrage est envoyé dans le circuit de modification de la température et est donc perdue pour l'eau chaude sanitaire. Une partie est donc récupérable par le ballon. De plus, avec un échangeur incluant un ballon tampon (coaxial) et selon les conditions du circuit de chauffage, l'échangeur est refroidi plus que nécessaire par le flot de retour chauffage. On peut donc envisager de moduler le dégivrage entre 0 - 100 % sur l'eau chaude sanitaire ou le circuit de modification de la température afin de minimiser la consommation globale du système. Cette logique doit être associée à une sécurité du débit du circuit de modification de la température (basculement de la vanne sur l'eau chaude sanitaire).
    • Les cycles de dégivrage sur ECS, accentueront la stratification du ballon et contribueront à l'amélioration de l'efficacité sur les relances.
  • On donne, ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un bâtiment selon l'invention ainsi que d'un procédé de dégivrage selon l'invention en se référant à la figure 1.
    • La figure 1 est une vue schématique d'un bâtiment selon l'invention comprenant un système de dégivrage selon l'invention.
  • En se référant à la figure 1, un bâtiment 1 selon l'invention comprend un système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage comprenant un circuit dans lequel circule un fluide secondaire, ledit circuit comportant un circuit de chauffage 2 et un circuit d'eau chaude sanitaire 3 en communication avec un échangeur thermique 12 immergé dans un ballon 4 d'eau chaude sanitaire, dans lequel circule un fluide tertiaire 13, ledit système étant basé sur le principe de la pompe à chaleur, utilisant l'air comme source extérieure. Le fluide tertiaire 13 alimente donc le ballon 4 d'eau chaude à partir d'une source faisant partie intégrante du réseau d'alimentation en eau du bâtiment 1. Cette pompe à chaleur utilise également un cycle thermodynamique basé sur la compression, la condensation, la détente et l'évaporation d'un fluide primaire 11, comme par exemple du R410A, et est destinée à chauffer le fluide secondaire du circuit de chauffage 2 et du circuit d'eau chaude 3 sanitaire, et le fluide tertiaire 13 du ballon 4.
  • Un tel système comprend conventionnellement une vanne 5 trois voies apte à piloter le fluide secondaire entre le circuit de chauffage 2 et le circuit d'eau chaude sanitaire 3 vers le fluide tertiaire 13 du ballon 4. Le bâtiment 1 comprend une unité d'échange 6 thermique extérieure permettant d'assurer un échange thermique avec l'air extérieur, ladite unité 6 comportant au moins un échangeur thermique sous la forme d'un évaporateur et une vanne d'inversion de cycle. Ledit bâtiment 1 comprend également une unité intérieure possédant un condenseur 8. Le circuit de chauffage 2 comprend le condenseur 8 et est apte à alimenter en eau chaude des éléments de chauffage tels que par exemple des radiateurs 10 du bâtiment 1. L'évaporateur de l'unité extérieure 6 étant susceptible de subir des phases d'accumulation de givre au cours des différentes phases de fonctionnement du système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage, doit subir des phases de dégivrage pour demeurer opérationnel.
  • Ces phases de dégivrage étaient assurées jusqu'à présent par le condenseur 8 de l'unité intérieure. Or, il s'est avéré que lorsque ledit condenseur 8 avait un faible volume, il risquait de geler ou de dégrader la température dans le circuit de chauffage 2.
  • Un procédé de dégivrage de l'unité extérieure selon l'invention, met en œuvre, le condenseur 8, l'échangeur thermique 12 et le ballon 4 d'eau chaude sanitaire. Il est supposé qu'un tel procédé est piloté par une unité de commande. Un tel procédé comprend les étapes suivantes,
    • une étape de contrôle de la température de l'eau stockée dans le ballon 4 afin de comparer ladite température à une température seuil prédéterminée. Cette étape peut consister en une étape de mesure de la température de l'eau stockée dans le ballon 4, au moyen de sondes de température conventionnelles. Si la température seuil n'est pas atteinte, une étape de préchauffage du ballon 4 peut être réalisée au moyen par exemple de résistances chauffantes 9 conventionnelles. Selon la logique choisie, une vérification des conditions de fonctionnement du circuit de chauffage 2 peut également avoir lieu afin d'autoriser le fonctionnement thermodynamique.
    • une étape de détection d'un besoin en dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure 6,
    • une étape de dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure 6 par une inversion de cycle de ladite unité extérieure 6. Lors de cette étape de dégivrage, la vanne 5 est pilotée par l'unité de commande de manière à arrêter la circulation du fluide secondaire dans le circuit de chauffage 2, et de rediriger ledit fluide secondaire vers l'échangeur 12 afin de maintenir le fluide secondaire à une certaine température au moyen d'un prélèvement de l'énergie calorifique nécessaire audit cycle dans le ballon 4 d'eau chaude via le condenseur 8 de l'unité interne. Suite à cet arrêt, la vanne 5 fait basculer le fluide secondaire vers le circuit 3 d'eau chaude sanitaire et envoie cette eau chaude vers le condenseur 8, conjointement à l'inversion du cycle frigorifique de l'unité extérieure 6. Ainsi, le dégivrage de l'unité extérieure est assuré par un prélèvement de l'énergie calorifique dans le ballon 4 d'eau chaude sanitaire,
  • Le procédé de dégivrage ci-avant décrit est exclusivement réalisé par l'utilisation à la source chaude du circuit frigorifique de l'eau chaude stockée dans le ballon 4. Il est à préciser qu'un tel procédé est piloté par une unité de commande apte à prendre en compte tous les paramètres inhérents au fonctionnement du ballon 4, comme par exemple la température, la pression et le volume de l'eau présent dans ledit ballon 4, ainsi que les paramètres caractérisant à un instant donné, tous les différents éléments constituant la pompe à chaleur, et en particulier l'unité extérieure 6. Cette unité de commande permet également de piloter la vanne 5 afin de faire fonctionner le circuit de chauffage 2 et/ou le circuit d'eau chaude sanitaire 3.
  • Puisque le bâtiment 1 est doté d'un circuit de chauffage 2 et d'un circuit d'eau chaude sanitaire 3, le dégivrage de l'unité extérieure 6 peut être réalisé en utilisant comme source chaude indifféremment lesdits deux circuits 2, 3. De cette manière, les deux circuits 2, 3 peuvent être utilisés en alternance sur une période donnée, pour assurer une même phase de dégivrage de l'unité extérieure 6 sur ladite période. Selon une autre alternative d'utilisation desdits circuits 2, 3, un seul desdits circuits 2, 3 est retenu pour assurer le dégivrage de l'unité extérieure 6, le choix dudit circuit 2, 3 étant dicté par des contraintes, telles que par exemple la prévision d'une utilisation sanitaire importante, un chauffage important du bâtiment 1, par exemple par temps froid.

Claims (13)

  1. Système de rafraîchissement, climatisation ou chauffage d'un bâtiment (1) comprenant un circuit de modification de la température dudit bâtiment (2) et un circuit de chauffage d'eau chaude (3) doté d'un ballon (4) d'eau chaude, ledit système étant basé sur le principe de la pompe à chaleur utilisant l'air comme source extérieure et comportant une unité d'échange thermique extérieure (6) dotée d'un évaporateur et une unité intérieure possédant un condenseur (8) et destinée à chauffer un fluide secondaire circulant alternativement dans le circuit de modification de la température (2) et le circuit de chauffage de l'eau chaude (3) où il assure le chauffage d'un fluide tertiaire (13) alimentant le ballon (4), au travers d'un échangeur (12) reliant thermiquement les fluides secondaires et tertiaires, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande automatique configuré, lors des opérations de dégivrage de l'évaporateur réalisées par une inversion de cycle de l'unité extérieure (6), pour arrêter la circulation du fluide secondaire dans le circuit de modification de la température (2), et de rediriger ledit fluide secondaire vers l'échangeur (12) afin de maintenir le fluide secondaire à une certaine température au moyen d'un prélèvement de l'énergie calorifique nécessaire audit cycle dans le ballon (4) d'eau chaude via le condenseur (8) de l'unité interne.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (12) est immergé dans le ballon d'eau chaude (4).
  3. Système selon l'une quelconque des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne (5) directionnelle apte à gérer les deux circuits (2, 3), et en ce que le dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure (6) est réalisé conjointement à l'inversion du cycle frigorifique, par un basculement de la vanne (5) permettant de rediriger le fluide secondaire vers l'échangeur (12) en communication avec le fluide tertiaire (13) assurant la permutation des sources chaudes dudit cycle.
  4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux pompes séparées aptes à gérer les deux circuits (2, 3), et en ce que le dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure (6) est réalisé conjointement à l'inversion du cycle frigorifique, par un basculement de la pompe du circuit de modification de la température (2) vers la pompe du circuit d'eau chaude (3) permettant de rediriger le fluide secondaire vers l'échangeur (12) en communication avec le fluide tertiaire (13) assurant la permutation des sources chaudes dudit cycle.
  5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle de la température de l'eau stockée dans le ballon (4).
  6. Procédé de dégivrage d'un évaporateur d'une unité extérieure (6) d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes,
    - une étape de basculement des circuits (2, 3) vers le circuit d'eau chaude (3),
    - une étape de dégivrage par inversion du cycle, de l'évaporateur de l'unité d'échange thermique extérieure (6) avec l'énergie apportée au condenseur (8) par l'eau chaude stockée dans le ballon (4).
  7. Procédé de dégivrage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de contrôle de la température de l'eau stockée dans le ballon (4),
  8. Procédé de dégivrage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de chauffage préliminaire de l'eau présente dans le ballon (4), si la température contrôlée dans le ballon (4) est inférieure à une valeur seuil prédéterminée.
  9. Procédé de dégivrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de chauffage préliminaire du ballon (4) est réalisé au moyen d'un dispositif de résistance électrique (9).
  10. Procédé de dégivrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que si la température contrôlée dans le ballon (4) est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, ledit procédé comprend une étape d'utilisation du circuit de modification de la température (2) comme source chaude pour assurer le dégivrage de l'évaporateur de l'unité extérieure (6).
  11. Procédé de dégivrage selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la température seuil du ballon (4) est fonction d'au moins un paramètre à choisir parmi les caractéristiques de l'unité d'échange thermique extérieure (6), la capacité du ballon (4) et un condenseur (8) placé sur le circuit d'eau (3) et le circuit de modification de la température (2).
  12. Bâtiment (1) comprenant un système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 permettant la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'étape de dégivrage de l'unité extérieure (6) est réalisée à partir d'une unité de commande qui est apte à sélectionner le circuit de modification de la température (2) ou le circuit d'eau chaude (3) pour assurer ledit dégivrage.
  13. Bâtiment selon la revendication 12, caractérisé en ce que la sélection du circuit (2, 3) est fonction d'au moins un paramètre à choisir parmi la température de l'eau chaude, le débit de chauffage, la température du circuit de modification de la température (2) et la plage horaire d'utilisation dudit circuit (2, 3).
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