La présente invention est relative aux installations de chauffage et aux méthodes et dispositifs pour indiquer la consommation et/ou l'efficacité desdites installations de chauffage .

Elle concerne plus particulièrement une installation de chauffage comprenant au moins un dispositif de pompe à chaleur, un circuit de distribution de fluide de chauffage et une pluralité de convecteurs ou radiateurs.

Dans l'art antérieur, il est connu de déterminer un coefficient de performance (ou coefficient d'efficacité) pour le dispositif de pompe à chaleur en question, en particulier les dispositifs utilisant un compresseur de type électrique. Toutefois, le coefficient d'efficacité d'une telle installation dépend des conditions climatiques, en particulier de la température extérieure du milieu dans lequel sont prélevées les calories. En pratique, il est courant d'adjoindre un dispositif de chauffage d'appoint pour relayer la pompe à chaleur afin de passer les périodes critiques .

Mais dans l'art connu, l'utilisateur d'une telle installation de chauffage n'a que peu de moyen de comparer les performances réelles par rapport aux performances annoncées, et de vérifier que les économies attendues grâce au système de pompe à chaleur se matérialisent en termes d'économies. En particulier, l'utilisateur (le payeur) ne peut pas déduire de sa facture d'électricité les économies que la pompe à chaleur lui a apportées, et n'a pas d'information sur l'empreinte écologique de son installation .

Il est ainsi apparu intéressant d'améliorer les informations mises à disposition de l'utilisateur payeur concernant l'installation de chauffage, ses performances énergétiques, et sa pertinence économique et écologique.

Selon la présente invention, il est proposé un procédé pour indiquer à un utilisateur la consommation et/ou l'efficacité d'une installation de chauffage, ladite installation de chauffage comprenant au moins une pompe à chaleur ayant un compresseur thermique mis en mouvement au moyen d'un apport d'énergie thermique, un circuit de distribution de fluide de chauffage et une pluralité de convecteurs ou radiateurs, recevant une première quantité d'énergie Ql ,

le procédé comprenant au moins :

A— déterminer, sur une période de temps prédéterminée, une deuxième quantité d'énergie Q2, correspondant audit apport d'énergie thermique, et comprenant une énergie facturée Q2F correspondant à une quantité de combustible consommée facturable par la pompe à chaleur,

B- déterminer, sur la même période de temps prédéterminée, une troisième quantité d'énergie Q3 correspondant à une énergie gratuite prélevée dans l'environnement extérieur, soit (B1-) directement au moyen de capteurs de température et débit relatifs à une unité extérieure de la pompe à chaleur, soit (B2-) indirectement en mesurant, sur la même période de temps prédéterminée, la première quantité d'énergie Ql fournie au circuit de distribution et en déduisant Q3 en utilisant Q3=Q1-Q2,

C- afficher au moins les quantités Q2F et Q3, en correspondance avec la période de temps prédéterminée, sur un écran d'affichage et/ou sur un document destiné à la facturation du client.

Grâce à ces dispositions, on peut mesurer les différentes quantités d'énergie mises en jeu pour l'installation de chauffage et mettre à disposition ces informations pour l'utilisateur, en particulier de l'utilisateur en charge d'acquitter la facture d'énergie pour le combustible facturé. L'utilisateur peut ainsi obtenir des informations utiles sur la performance économique et écologique de son l'installation de chauffage. La détermination de ces informations peut être relative à un comptage (c'est-à-dire une intégration) sur une ou plusieurs périodes prédéterminées.

On remarque de plus que le compresseur thermique utilise comme source froide principalement le circuit de distribution de fluide de chauffage ; ceci permet de délivrer dans le circuit de distribution de fluide de chauffage toutes les calories qui sont mises à disposition pour faire fonctionner le compresseur thermique ; aucune calorie n'étant dissipée (et donc perdue) dans un quelconque circuit de refroidissement auxiliaire.

Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :

- selon un aspect, l'apport d'énergie thermique est réalisé principalement au moyen d'un brûleur de combustible ; moyennant quoi il n'est pas fait appel au réseau électrique pour fournir les calories mettant en mouvement le compresseur ;

- selon un autre aspect, le combustible est du gaz et la consommation facturée est mesurée au moyen d'un compteur de gaz ; moyennant quoi on utilise un combustible très courant et on peut facilement connaître la consommation de ce combustible ;

selon un autre aspect, le combustible est du fioul domestique et la consommation facturée est mesurée au moyen d'un compteur de fioul ; moyennant quoi on peut aussi utiliser ce combustible très courant et on peut facilement connaître la consommation de ce combustible ;

selon un autre aspect, le combustible est formé de pellets de bois et la consommation facturée est mesurée au moyen d'un compteur, par exemple par pesage; moyennant quoi on utilise un combustible renouvelable et on peut facilement connaître la consommation de ce combustible ;

- selon un autre aspect, on mesure la première quantité d'énergie Ql fournie au circuit de distribution au moyen de premier et deuxième capteurs de température respectivement agencés sur l'aller et sur le retour sur le circuit de distribution, et au moyen d'un capteur de débit de fluide de chauffage ; moyennant quoi on obtient une information fiable de la première quantité d'énergie Ql ;

- selon un autre aspect, on affiche en outre un équivalent financier des quantités d'énergie non facturables, à savoir de la quantité d'énergie Q3, et le cas échéant de la quantité d'énergie Q2NF, sachant que Q3+Q2NF est égal à Ql- Q2F; moyennant quoi l'utilisateur peut connaître directement les économies réalisées grâce à la performance de son installation de chauffage ;

- selon un autre aspect, la pompe à chaleur est dépourvue de pompe électrique et la consommation électrique de l'installation de chauffage est très inférieure à Ql, par exemple inférieure à 10% de Qlnom, Qlnom correspondant à la puissance nominale de l'installation de chauffage ; de sorte que l'on fait très peu appel à l'énergie électrique dans l'installation de chauffage ;

L'invention vise par ailleurs un dispositif d'indication de la consommation et/ou de l'efficacité d'une installation de chauffage, ladite installation de chauffage comprenant au moins une pompe à chaleur ayant un compresseur thermique mis en mouvement au moyen d'un apport d'énergie thermique, un circuit de distribution de fluide de chauffage et une pluralité de convecteurs ou radiateurs, le dispositif comportant :

- des moyens pour déterminer une première quantité d'énergie Ql fournie aux convecteurs ou radiateurs, ou des moyens pour déterminer la quantité d'énergie Q3 correspondant à une énergie gratuite prélevée dans l'environnement extérieur,

des moyens pour déterminer la quantité d'énergie correspondant à une consommation facturée (Q2,Q2F) de combustible consommé par la pompe à chaleur,

- une unité électronique à laquelle sont raccordés les moyens pour déterminer les quantités d'énergie Q3,Q2, caractérisé en ce l'unité électronique est adaptée pour calculer des quantités d'énergie (Q2,Q3) sur une période temps prédéterminée, et/ou pour afficher ces informations sur un écran d'affichage, et/ou pour préparer l'édition d'un document destiné à la facturation du client.

Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :

- selon un aspect, l'apport d'énergie thermique est réalisé principalement au moyen d'un brûleur de combustible, le combustible étant de préférence du gaz, du fioul domestique ou des pellets de bois la consommation facturée Q2F étant mesurée au moyen d'un compteur de gaz, fioul ou autre ; moyennant quoi on utilise un combustible très courant et on obtient une information fiable de la quantité d'énergie facturable Q2F ;

- selon un autre aspect, le dispositif peut comprendre en outre des capteurs de température et débit relatifs à une unité extérieure de la pompe à chaleur pour mesurer la quantité d'énergie Q3 correspondant à une énergie gratuite prélevée dans l'environnement extérieur ; de sorte que la mesure de la troisième quantité d'énergie Q3 peut être obtenue de façon directe et de manière fiable ;

- selon un autre aspect, le dispositif peut comprendre en outre des capteurs de température et débit relatifs au circuit de distribution de chauffage pour mesurer la quantité d'énergie Ql fournie au circuit de distribution de chauffage ; de sorte que la mesure de la première quantité d'énergie Ql peut être obtenue de façon directe et de manière fiable ;

- selon un autre aspect, la pompe à chaleur est dépourvue de pompe électrique et la consommation électrique de l'installation de chauffage est très inférieure à Ql, par exemple inférieure à 10% de Qlnom, Qlnom correspondant à la puissance nominale de l'installation de chauffage ; de sorte que l'on fait très peu appel à l'énergie électrique dans l'installation de chauffage.

D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de deux de ses modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs à l'aide des dessins joints sur lesquels :

- la figure 1 montre un schéma de principe d'une installation de chauffage selon un mode de réalisation de 1 ' invention,

la figure 2 représente schématiquement une unité électronique et ses périphériques utilisés dans l'installation de la figure 1, et

- la figure 3 montre un exemple de facture illustrant les informations mises à disposition de l'utilisateur.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

La figure 1 représente schématiquement installation de chauffage comprenant un circuit de distribution 2 de fluide de chauffage, le fluide délivrant des calories à une pluralité de récepteurs-échangeurs , de type convecteurs ou radiateurs 20 comme il est connu dans l'art.

Le fluide peut être comme dans l'exemple illustré de l'eau ou une solution aqueuse, mais il n'est pas exclu d'utiliser de l'air ou un autre fluide pour le circuit de distribution. Les récepteurs-échangeurs peuvent prendre la forme d'un plancher chauffant, de radiateurs classiques de parois chauffantes ou de tout autre type d'échangeur permettant de délivrer des calories à l'intérieur d'un bâtiment 5. Le bâtiment en question peut être une maison individuelle, un immeuble à usage collectif, un bâtiment industriel tout autre type de local nécessitant une installation de chauffage. Le circuit de distribution peut également desservir plusieurs bâtiments ou plusieurs locaux. Le circuit de distribution est un circuit fermé ; une pompe de circulation 22 aussi appelée circulateur 22 impartit au fluide de chauffage un débit de boucle fermée. Le circuit de distribution peut alimenter des piscines privées ou collectives. Le circuit de distribution peut alimenter des processus industriels nécessitant des apports de chaleur ou de froid.

Le circuit de distribution 2 est couplé thermiquement à un dispositif de pompe à chaleur 1. Ce dispositif de pompe à chaleur 1, aussi appelé plus simplement 'pompe à chaleur' comprend un circuit de fluide 3 caloporteur (aussi appelé parfois fluide frigorigène) . Dans l'exemple illustré ici, on choisira de préférence du dioxyde de carbone (C02) comme fluide caloporteur, mais on pourrait choisir tout autre fluide compressible convenant à un circuit de pompe à chaleur .

La quantité de calories fournie au circuit de distribution et aux différents radiateurs ou convecteurs sera appelée première quantité d'énergie Ql dans la suite de ce document .

Le dispositif de pompe à chaleur 1 comprend un échangeur intérieur 11, un échangeur extérieur 12, un ensemble pompe 10 comprenant un compresseur 14, et un détendeur 17. L'échangeur extérieur 12 permet au fluide caloporteur 3 de recevoir des calories en provenance du milieu extérieur, de manière connue en soi, par exemple de l'air extérieur, d'un circuit de géothermie, d'un cours d'eau, ou de tout autre élément à partir duquel on peut prélever des calories .

L'échangeur intérieur 11 permet au fluide caloporteur 3 de céder des calories au circuit de chauffage 2 susmentionné de manière connue en soi.

Le détendeur 17 est également un composant connu en soi, et donc non décrit en détails ici.

Le compresseur 14 est un compresseur de type 'thermique'. Un compresseur 'thermique' est un compresseur mis en mouvement au moyen d'un apport d'énergie thermique, comme par exemple un compresseur décrit dans la demande de brevet FR2971562A1. On peut aussi appeler un compresseur 'thermique' un compresseur entraîné par un moteur à gaz ou une machine à compression fonctionnant par absorption de chaleur .

Dans ces conditions, il n'y a pas de compresseur de type électrique dans l'ensemble pompe 10 de la pompe à chaleur ; l'énergie est principalement apportée sous forme thermique, une quantité d'énergie électrique négligeable peut cependant être utilisée pour des accessoires ou de l'instrumentation.

L'apport d'énergie thermique pour entraîner le compresseur peut être fait par différents moyens, et permet d'apporter une quantité d'énergie appelée deuxième quantité d'énergie Q2 à l'ensemble pompe 10 et en particulier au compresseur 14. L'apport thermique peut provenir de la combustion d'un combustible de type fossile comme du gaz, du fioul ou tout autre combustible similaire, cet apport d'énergie sera noté Q2A.

L'apport thermique peut provenir de façon complémentaire de la combustion d'un combustible renouvelable comme du bois 51, par exemple des pellets de bois ou granules de bois, du bio-gaz, des matières végétales séchées, ou encore de résidus de tout type pouvant être brûlés ; cet apport d'énergie venant de combustible renouvelable sera noté Q2B. on peut aussi brûler des effluents 'gratuits' résidus de procédé (s) industriel ( s ) .

Enfin, l'apport thermique peut provenir de façon complémentaire d'une source d'énergie sans combustion comme par exemple un flux solaire concentré 52. Cet apport d'énergie sans combustion sera noté Q2C. On peut aussi récupérer de l'énergie dans des eaux grises chaudes destinées à l'égout comme un apport d'énergie complémentaire .

Ainsi, l'apport thermique total à l'ensemble pompe peut s'exprimer sous la forme Q2 = Q2A + Q2B + Q2C. Il est à noter que dans un exemple de réalisation simple, on fera uniquement appel à la source de combustible fossile de type gaz, auquel cas on aura la formule Q2 = Q2A.

De plus, l'apport thermique total peut s'exprimer sous la forme Q2 = Q2F + Q2NF, Q2F étant la partie de l'apport thermique qui est facturable donc à payer par l'utilisateur, alors que Q2NF désigne la partie de l'apport thermique qui est non facturable, comme le flux solaire ou la combustion d'effluents disponibles à brûler (cas d'un bâtiment industriel de chauffage collectif) .

Q2F comprend la partie Q2A et tout ou partie de la partie Q2B.

Concernant l'apport venant du combustible de type fossile, celui-ci est brûlé dans un brûleur 15 alimenté par canalisation sur laquelle est disposé un compteur ou un débitmètre D2.

Comme connu dans l'art, la quantité d'énergie fournie au circuit de chauffage Ql peut s'écrire comme la somme de l'apport d'énergie Q2 apporté à l'ensemble pompe 10 et d'une quantité d'énergie 'gratuite' appelée troisième quantité d'énergie notée Q3 prélevée dans l'environnement extérieur au moyen de l'unité extérieure 12 susmentionné.

Autrement dit : Ql = Q2 + Q3. En régime établi, on peut écrire PI = P2 + P3 si P1,P2,P3, sont les puissances instantanées correspondant aux quantités d'énergie Q1,Q2,Q3.

La deuxième quantité d'énergie Q2 peut être déterminée au moyen du débitmètre ou du compteur D2 déjà mentionnés. Dans le cas d'un compteur classique, l'intégration dans le temps est déjà effectuée et il suffira, notamment pour un compteur de type électronique, de faire une différence entre la valeur à un instant de fin de période et la valeur à un instant de début de période.

II faut noter qu'une partie de Q2 est transférée directement au fluide du circuit de chauffage moyennant un ou plusieurs échangeurs 26 qui servent à refroidir le compresseur 14 à partir du fluide de chauffage dont la température n'excède pas 80 °C généralement. Aucune calorie apportée pour faire fonctionner l'ensemble pompe 10 n'est ainsi perdue ; avantageusement le système est dépourvu de dispositif de refroidissement qui évacue des calories de l'ensemble pompe autre part que dans le fluide de chauffage. Les calculs réalisés en sont d'autant plus exacts.

La quantité d'énergie Q3 peut quant à elle être déterminée directement ou indirectement .

La méthode directe fait appel d'une part à des capteurs de température T3,T4 disposés de préférence aux bornes de l'unité extérieure 12 de la pompe à chaleur et d'autre part d'une mesure de débit D3 du fluide caloporteur 3.

En partant de l'expression instantanée P3 = D3 x(T3- T4), on intègre temporellement comme suit :

Q3 = J[D3 x(T3— T4)]dt sur une période de temps considérée. La méthode indirecte consiste à déterminer tout d'abord la première quantité d'énergie Ql au moyen d'une part de capteur de température Tl et T2 disposés respectivement sur le départ et le retour de fluide de chauffage par rapport à l'unité intérieure 11 de la pompe à chaleur et d'autre part d'une information de débit Dl du fluide de chauffage.

On peut écrire les équations suivantes

PI = Dl x (T1-T2)

Ql = J[D1 x(Tl— T2)]dt sur une période de temps donnée Après avoir déterminé la première quantité d'énergie

Ql, on peut en déduire, en connaissant la deuxième quantité d'énergie Q2 sur la même période de temps donné, la troisième quantité d'énergie Q3 prélevée dans l'environnement extérieur, selon la formule :

Q3 = Ql - Q2.

Avantageusement selon l'invention, il est proposé d'utiliser les quantités d'énergie Q2 et Q3 pour mettre en valeur les performances de l'installation de chauffage.

Plus précisément, et comme ceci ressort des figures 1 et 2, il est prévu une unité électronique 8 à laquelle sont raccordés les moyens pour déterminer la deuxième quantité d'énergie Q2 et soit les moyens pour déterminer directement la troisième quantité d'énergie Q3 soit les moyens pour déterminer tout d'abord la première quantité d'énergie Ql et en déduire la troisième quantité d'énergie Q3.

De plus, il est prévu optionnellement un écran d'affichage 19 sur lequel peuvent être affichés d'une part une ou plusieurs périodes de temps correspondant aux calculs des deuxième et troisième quantité d'énergie Q2,Q3 sur lesdites périodes de temps et d'autre part les valeurs en kilowatts-heures de ces deuxième et troisième quantités d'énergie Q2 et Q3 pour chaque périodes de temps. Les périodes de temps en question peuvent être par exemple la semaine, le mois, le trimestre, la saison de chauffe, un semestre, l'année. En référence à la figure 2, l'unité électronique 8 comprend un premier module fonctionnel de calcul 41, optionnel, en charge de déterminer la première quantité d'énergie Ql au moyen des informations de température Tl,T2 et de débit Dl, ceci sur une période de temps prédéterminée .

De plus, l'unité électronique 8 comprend un deuxième module fonctionnel de calcul 42 en charge de déterminer la deuxième quantité d'énergie Q2 au moyen des informations compteur D2, ceci sur la même période prédéterminée. Dans un cas de figure simple, la quantité facturable et obtenue directement à partir d'un seul compteur D2, car dans ce cas Q2F=Q2.

De plus, l'unité électronique 8 comprend (de façon optionnelle en alternative au premier module de calcul 41) un troisième module fonctionnel de calcul 43, optionnel, en charge de déterminer la troisième quantité d'énergie Q3 des informations de température T3,T4 et de débit D3, ceci sur la même période de temps prédéterminé.

Un module de calcul de synthèse 6 permet de mettre en forme les quantités d'énergie Q2F et Q3 en vue de les mettre à disposition pour affichage et/ou édition comme il sera détaillé plus loin. Le module de calcul de synthèse 6 permet en outre le cas échéant de calculer un coefficient d'efficacité Q1/Q2 (ou plutôt Q1/Q2F si on utilise des moyens d'apport thermiques complémentaires) similaire à un coefficient de performance d'une pompe à chaleur connue dans 1 ' art .

L'unité de contrôle 8 élabore ainsi un ensemble d'informations à destination de l'affichage local et à destination de tout équipement électronique distant, l'ensemble d'informations contenant une ou plusieurs fois :

- la période de temps prédéterminé,

- la deuxième quantité d'énergie facturable Q2F, ainsi que le cas échéant son équivalent financier représentant son coût si l'information est disponible localement,

la troisième quantité d'énergie Q3, et de façon optionnelle, et si l'information de coût équivalent est disponible localement, l'équivalent financier de cette troisième quantité d'énergie Q3 représentant l'économie réalisée grâce à la présence de la pompe à chaleur. Le cas échéant, Q3 peut être complémenté par Q2NF (partie 'gratuite' de l'apport thermique Q2) .

Ces informations, après transmission à un équipement électronique ou à un ordinateur peuvent être éditées sous la forme d'une facture 9 dont un exemple est représenté à la figure 3.

Il est à noter que la position des capteurs de température Tl à T4 et des capteurs de débit Dl,D2,D3 peut différer des positions représentées dans l'exemple illustré .

Le circulateur 22 peut être entraîné par un moteur électrique, mais il convient de noter que la consommation électrique totale de l'installation de chauffage, même en tenant compte de cette consommation électrique du circulateur 22 reste très inférieure à la quantité d'énergie Ql fournie au circuit de distribution de chauffage, en particulier inférieur à 10 % de Qlnom, Qlnom correspondant à la puissance nominale de l'installation de chauffage.