[ MODULE ] poêle bouilleur + ballon + chaudière + photovoltaïque

bonjour.
Voici la description, les plans et l'analyse fonctionnelle d'un module que j'ai imaginé, j'ai testé le concept permettant de chauffer le ballon tampon, récupérer ses calories et les distribuer vers le chauffage ou le ballon d'eau chaude sanitaire.

[0001]    Le sujet concerne un dispositif hydraulique (H) compact autonome prévu pour être le cerveau d’une installation de chauffage central domestique (E-F) et d’une production d’eau chaude sanitaire (G).
[0002]    Ce dispositif(H) comprend trois sources de moyen de chauffage de fluide caloporteur, à combustible solide, chaudière ou poêle bouilleur au bois (A), à énergie solaire, par panneaux  photovoltaïques (C), à énergie diverse, pompe à chaleur ect… (B).
[0003]    Il comprend également deux circuits de distribution d’eau de chauffage à température régulée (E-F), une production d’eau chaude sanitaire prioritaire (G), et un ballon tampon de stockage par hydro-accumulation (D).
[0004]    Ce dispositif (H) comprend deux compartiments : un compartiment hydraulique où sont interconnectés les éléments  hydrauliques et un compartiment  électrique regroupant les régulateurs, thermostats, sondes et liaisons électriques vers les éléments hydrauliques à piloter.
[0005]    Ce dispositif (H) combine trois moyens de chauffage indépendants (A-B-C), pour alimenter, les circuits de chauffage domestique (E-F) et le réchauffage de stockage d’eau chaude sanitaire(G).
[0006]    La source principale d’énergie est produite par chaudière ou poêle bouilleur à combustible solide tels que  bois, granulés… (A), et contrôlée par un régulateur extérieur non représenté.
[0007]    La seconde source est solaire par panneaux photovoltaïques (C) produisant une énergie électrique, transformée par un onduleur (C1), diffusée par une résistance (12), dans le ballon  tampon (D), résistance contrôlée par un thermostat non représenté.
[0008]    La troisième source (B) est en relève en cas de faille des deux premières, elle peut être produite par une chaudière au gaz, au fioul, une chaudière électrique ou par une PAC.
[0009]    Le ballon tampon (D) a deux fonctions, accumulation et restitution des calories stockées fournies par les panneaux solaires photovoltaïques et le surplus de calories dégagées par la chaudière (A) en cas de fonctionnement avec du combustible solide.
[0010]    La distribution de chaleur se fait par des circuits hydrauliques interconnectés. La circulation de l’eau de chauffage se fait au moyen de pompes de circulation d’eau à vitesse variable (1-2-3-4). La répartition et régulation des débits d’eau correspondants aux besoins thermiques des circuits à alimenter se fait par des vannes trois voies, motorisées ou thermiques (5-6-8-9), par vanne de réglage (7,)  et par vanne à pression différentielle (11) et au moyen de clapets anti-retour .
[0011]    La température de chaque circuit est contrôlable visuellement sur chaque thermomètre 
[0012]    Chaque circuit connecté peut être isolé des autres circuits du dispositif (H) par vannes d’arrêt
[0013]    Ce dispositif permet d’alimenter trois circuits (E-F-G) :
1 - Le circuit (E) vers des radiateurs au moyen de la pompe (4) avec la vanne trois voies (6) motorisée, à température contrôlée par un régulateur
2 - Le circuit (F) vers un plancher chauffant au moyen de la pompe (3) avec la vanne trois voies (8) motorisée, à température contrôlée par un régulateur
3 - Le circuit (G) vers l’échangeur d’un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire au moyen de la pompe (1) ou (2) et de la vanne trois voies d’inversion (5) motorisée par un thermostat.
[0014]    Les pompes de circulation (3-4) ont un fonctionnement permanent régulé par un HMT fixe et une vitesse variable.
[0015]    Les pompes de circulation (1-2) ont un fonctionnement contrôlé par thermostat simple et thermostat différentiel avec  un HMT fixe et une vitesse variable
[0016]    Le schéma vu en plan illustre le dispositif (H) incorporé au réseau complet de chauffage domestique, et au réchauffage d’une production d’eau chaude sanitaire par trois moyens de chauffage
par chaudière ou poêle bouilleur au bois (A), par panneaux photovoltaïques (C), par énergie diverse, pompe à chaleur ect… (B).

Mise en service du dispositif
[0017]    Mise en service de la chaudière : une sonde placée dans le conduit d’évacuation des fumées capte la température des fumées de combustion de la chaudière (A) dès que celle-ci atteint 70°c. La pompe de circulation (1) commandée par thermostat démarre, créant une circulation d’eau de chauffage restreinte entre la vanne thermostatique (9) et la chaudière (A), en attente de la montée en température de l’eau de chauffage à un minimum de 55°c. Après la période de préchauffage et de recyclage régulé thermiquement par la vanne trois voies thermostatique (9) calibrée pour un retour d’eau à la chaudière minimum à  55°c, la vanne thermostatique (9) s’ouvre dirigeant l’eau de chauffage vers la vanne trois voies (5) et la vanne de réglage de débit minimum (7).

Fonctionnement en mode priorité chauffage de l’eau chaude sanitaire
[0018]    Quand la température de l’eau chaude sanitaire stockée dans le ballon (G) est inférieure à la température de consigne demandée, la vanne trois voies (5) commandée par le thermostat du ballon d’eau chaude sanitaire (G) dirige prioritairement l’eau de chauffage vers le circuit de réchauffage de l’échangeur incorporé dans le ballon de stockage d’eau chaude sanitaire (G). Un débit minimum vers le collecteur (13) est assuré par une légère ouverture de la vanne de réglage (7) pour assurer un besoin de débit minimum d’eau de chauffage en cas de demande de chaleur des vannes trois voies (6 et 8).
[0019]    Dès que la température du stockage d’eau chaude sanitaire arrive à la température de consigne, la vanne trois voies (5) bascule, dirigeant la totalité du flux d’eau de chauffage vers le collecteur (13) où sont connectées les vannes trois voies (6-8) et la vanne à pression différentielle (11).

Fonctionnement en mode chauffage domestique
[0020]    La totalité d’eau de chauffage venant de la chaudière (A) est dirigée par la pompe (1) vers le collecteur (13) où sont connectées les vannes trois voies (6-8) et la vanne à pression différentielle (11)
[0021]    Si une ou les deux vannes trois voies (6-8) est ou sont en position de demande de chaleur, le flux d’eau de chauffage poussé par la pompe (1), et également aspiré par les pompes (3-4), est réparti vers les deux circuits (E-F) suivant leurs besoins. L’eau de chauffage, poussée par la pompe (1) peut créer une pression dans le collecteur (13) supérieure au calibrage de la vanne à pression différentielle (11), forçant celle-ci à s’ouvrir laissant ainsi passer l’excédent de débit d’eau de chauffage vers l’orifice d’entrée (14) du ballon tampon(D). Cette eau de chauffage ressort par l’orifice (16) pour retourner à la chaudière (A) en passant par la vanne thermostatique (9).

Fonctionnement en mode charge du ballon tampon avec la chaudière (A) en marche
[0022]    Quand les circuits secondaires (E-F) arrivent à température, les vannes trois voies de régulation (6-8) se ferment. En attendant leur réouverture, la pompe (P1) charge le ballon (D) du surplus d’énergie à disposition, en poussant le flux d’eau de chauffage vers l’orifice (14) pour ressortir par l’orifice (16) du ballon (D). Ce même flux d’eau de chauffage passe ensuite par la vanne trois voies thermostatique (9), qui est partiellement ou totalement ouverte, suivant la température de retour du ballon (D) jusqu’à la consommation totale de la charge de combustible de la chaudière (A).

Fonctionnement en récupération de l’énergie stockée avec la chaudière (A) en marche
[0023]    La récupération de l’énergie stockée par hydro-accumulation dans le ballon (D) générée par la charge venant de la chaudière (A) ou des panneaux photovoltaïques (C) peut se faire si la température de stockage en partie haute du ballon (D) est supérieure de 10°c à la température du collecteur (18) de retour des eaux de chauffage revenant des circuits (E-F-G).
[0024]    Les sondes placées sur le ballon (D) et sur le point (17) du collecteur (18) donnent l’information à un thermostat différentiel qui démarre le fonctionnement de la pompe (2).
[0025]    Si la pompe (2) est enclenchée par le thermostat différentiel alors que la pompe (1) est encore en fonctionnement, alors les débits des deux pompes (1-2) se mélangent temporairement dans le collecteur (13) dirigeant l’eau de chauffage mitigée vers (D ou E ou F ou G).
[0026]    Le débit d’eau de la pompe (2) venant de l’orifice (15) du ballon (D) est mélangé à celui de la pompe (1) venant de la chaudière, la température de l’eau de chauffage est donc mitigée.
[0027]    Le débit d’eau total de la pompe (2) revient vers l’orifice (14) du ballon (D) en cas de fermeture des vannes trois voies (6-8) et en cas de position mode chauffage domestique de la vanne trois voies (5).
[0028]    Le débit d’eau de la pompe (2) revient vers l’orifice (16) et (14) du ballon (D) en cas d’ouverture partielle des vannes  trois voies (6-8) et en cas de position mode chauffage domestique de la vanne trois voies (5).
[0029]    Le débit d’eau total de la pompe (2) revient vers l’orifice (16) du ballon (D) en cas d’ouverture de la vanne trois voies (5) en mode réchauffage eau chaude sanitaire.
[0030]    Le fonctionnement de la pompe (1) est maintenu tant que la température de fumée de la chaudière (A) reste supérieure à 70°C. Dans ce cas son débit d’eau sera également réparti entre les différents circuits (D ou E ou F ou G) pour revenir vers la chaudière en passant par le collecteur de retour (18) et la vanne thermostatique (9).

Fonctionnement en récupération de l’énergie stockée après l’arrêt de la chaudière (A)
[0031]    Lorsque la chaudière (A) est à l’arrêt, la pompe (1) est à l’arrêt, la vanne 3 voies thermostatique (9) est fermée en mode recyclage. Si la température du ballon (D) est supérieure de 10°C à la température du collecteur (18) alors la pompe (2) fonctionne, récupère les calories du ballon (D) en aspirant par l’orifice (15) du ballon.
[0032]    Le flux d’eau de chauffage venant de l’orifice (15) du ballon(D) est dirigé vers les circuits (E ou F ou G) s’ils sont en demande. Le retour de l’eau de chauffage de ces trois circuits se fait vers l’orifice (16) du ballon(D).
[0033]    En cas de fermeture des vannes trois voies (6 - 8), le flux d’eau de chauffage venant de l’orifice (15) du ballon (D) n’étant pas dirigé vers les circuits (E ou F ou G), celui-ci crée une pression dans le collecteur (13) ce qui pousse l’ouverture de la vanne à pression différentielle (11) pour retourner vers le ballon (D) par l’orifice (14)
[0034]    Lorsque la chaudière (A) et la pompe (1) sont à l’arrêt,  si les vannes trois voies (5-6-8) sont en demande pour le chauffage domestique, ou pour le réchauffage d’eau chaude sanitaire, et si la température d’eau du ballon (D) n’est plus supérieure  de 10°C à la température d’eau du collecteur de retour (18) alors le thermostat différentiel arrête la pompe (2).
[0035]    Lorsque la chaudière (A) la pompe (1) et (2) sont à l’arrêt, si les vannes trois voies (5-6-8) sont en demande pour le chauffage domestique, un débit d’eau de chauffage est aspiré par les pompes (4-3). Ce débit d’eau passe par la vanne de réglage (7) et la vanne trois voies (5) venant de l’orifice (15) du ballon (D) pour ensuite revenir au ballon (D) par l’orifice (16).
[0036]    Ce mode de fonctionnement permet d’irriguer la sonde (17) du thermostat différentiel, posée sur le collecteur de retour (18). Si la température du ballon (D) augmente grâce aux apports calorifiques des panneaux photovoltaïques, le thermostat différentiel remet la pompe (2) en fonctionnement. Dans le cas contraire les pompes (4-3) puiseront le reste des calories stockées dans le ballon (D) jusqu’au prochain allumage de la chaudière (A).
[0037]    Lorsque la chaudière (A) la pompe (1) et (2) sont à l’arrêt, si les vannes trois voies (6-8) sont en demande pour le chauffage domestique, la vanne trois voies (5) est en demande pour le réchauffage de l’eau chaude sanitaire. Un débit minimum d’eau de chauffage est aspiré par les pompes (4-3) en passant par la vanne de réglage (7) venant de l’orifice (15) du ballon (D) pour ensuite revenir au ballon (D) par l’orifice (16).
[0038]    Dans tous les cas, le réchauffage de l’eau chaude sanitaire en passant par la vanne trois voies (5) ne peut se faire que si la pompe (2) ou (1) sont en fonctionnement.
[0039]    L’énergie électrique récupérée par les capteurs solaires photovoltaïques est utilisée en autoconsommation en passant par un régulateur-onduleur (C1).qui alimente la résistance électrique (12) dont le fonctionnement est commandé par un thermostat limitant la température du ballon (D) à 90°C.
[0040]    Le compartiment électrique comporte en façade, des interrupteurs, des thermostats, un ou plusieurs régulateurs en lien avec les éléments de la partie hydraulique concernée.
[0041]         Tous les câblages électriques des éléments constituant le dispositif sont pré-réalisés, les derniers raccordements restant à réaliser chez le client se font sur des borniers identifiés.
[0042]    L’alimentation électrique du dispositif se fait sur un disjoncteur intégré dans le compartiment.
[0043]    Ce dispositif est destiné à simplifier la réalisation ou la modification d’une installation technique de chauffage central. Il s’adapte à diverses configurations, principalement dédié aux installations de chauffage domestique et eau chaude sanitaire.