BE1027656A1 - Dispositif de ventilation de bâtiment - Google Patents

Abstract

Dispositif de ventilation 1 de bâtiment, comprenant un plénum de répartition 4 disposé en aval d'une conduite d'entrée d'air 3 et muni d'une pluralité de sorties d'air, chaque sortie d'air comprenant une pluralité de gaines de diffusion d'air 5, chaque gaine de diffusion d'air 5 comprenant une zone de gaine perforée, au moins un capteur de pression 7, au moins un registre d'obturation (8) commandée disposé dans chaque sortie d'air et monté en amont du capteur de pression 7 correspondant, et une unité de commande configurée pour recevoir une information de pression en provenance du au moins un capteur de pression 7 et pour envoyer une consigne vers le au moins un registre d'obturation (8).

Description

Dispositif de ventilation de bâtiment L’invention concerne l’aération de locaux à présence humaine ou animale. Dans de tels locaux, l’air est renouvelé fréquemment pour assurer un air ambiant de qualité. La présence humaine ou animale peut être permanente, temporaire, ponctuelle ou répétée.

Certaines applications prévoient un chauffage par l’air d’aération. Pour des raisons de confort et de sécurité, la différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit plus chaud que l’air ambiant est un paramètre significatif. Dans une application avec refroidissement par l’air d’aération, la différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit plus froid que l’air ambiant est un paramètre significatif. Des phénomènes de condensation peuvent aussi se produire.

D’un autre point de vue, une faible différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit est souhaitée par les utilisateurs appelés à être présents ou à entrer dans le local concerné. Or une faible différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit demande de forts débits d’air. La vitesse d’écoulement est limitée pour éviter les turbulences nuisibles au débit et génératrices de pertes énergétiques importantes. Par ailleurs, le diamètre de la gaine est limité par les contraintes d’encombrement au sein du bâtiment, de masse à supporter par la structure du bâtiment, de masse de chaque pièce à manipuler et à assembler, de gabarit de transport et de machine de fabrication.

Une difficulté des systèmes d’aération est la complexité des écoulements d’air. Il existe parfois une différence entre l’écoulement modélisé sur ordinateur en bureau d’études et l’écoulement réel mesuré. Il a été proposé d’ajouter à une gaine une fuite réglable manuellement, cf EP 2 224 183. Ceci revient à corriger un défaut de conception, de fabrication ou de pose par un moyen statique. Or l’effet du défaut est susceptible d’être variable en fonction de facteurs tels que la température ambiante, la température de l’air injecté, la pression atmosphérique, le débit d’air, etc. De plus la Demanderesse s’est aperçue au cours de modélisations de telles installations que l’effet de la fuite était également variable en fonction de plusieurs facteurs. En bref, le défaut est beaucoup plus complexe à corriger. En effet, le système d’aération est censé fournir un débit d’air avec une vitesse à hauteur d’homme en tout point du local comprise dans une plage déterminée dont la borne inférieure garantit un renouvellement suffisant et la borne supérieure garantit le confort des personnes ou des animaux. Une particularité des écoulements d’air est leur non linéarité. Ainsi une augmentation de débit d’un système d’aération peut se traduire à une stagnation de la vitesse de l’air en un premier point du local à hauteur d’homme, une diminution de la vitesse de l’air en un deuxième point du local à hauteur d’homme, et une augmentation de la vitesse de l’air en un troisième point du local à hauteur d’homme. Une correction statique est donc dépassée aujourd’hui.

Il a aussi été proposé un procédé de de régulation d’un écoulement d’air dans une installation de conditionnement d’air selon EP 2 557 368. Un détecteur de pression ou d’écoulement est disposé dans une zone située entre une unité de conditionnement d’air et un élément d’interruption d’écoulement. Toutefois, ce procédé, analysé par la Demanderesse, ne permet ni de remédier aux défauts ci-dessus, ni d’homogénéiser l’air du local, ni de réduire efficacement les différences de température d’air entre le sol et le haut du local, ni de garantir un fonctionnement optimal au démarrage et en régime permanent, ni de réduire les erreurs de régulation.

La Demanderesse estime que la remédiation à certains de ces inconvénients relève de la qualité de la modélisation des locaux et du système d’aération, de la fabrication et de la pose du système d’aération. Tandis que d’autres de ces inconvénients nécessitent un système d’aération les corrigeant, les évitant ou les surmontant de manière structurelle.

Poursuivant ses recherches, la Demanderesse a découvert que le positionnement des éléments d’interruption d’écoulement et le positionnement du détecteur de pression ou d’écoulement étaient défectueux et ne permettaient une régulation convenable.

Il existe un besoin de fournir en tout point d’un bâtiment compris dans une plage de hauteurs usitée par les personnes ou les animaux une puissance calorifique/frigorifique, surfacique ou volumique, déterminée avec une différence de température maîtrisée et une vitesse d’air ambiant dans le bâtiment maîtrisée, avec des réglages dynamiques de température, de débit et d’interruption de tel ou tel gaine de diffusion.

L’invention vient satisfaire de telles exigences qui sont au moins pour partie contradictoires.

La Demanderesse a mis au point un dispositif de ventilation de bâtiment de grande souplesse d’emploi, permettant une répartition homogène de l’air dans les zones du bâtiment, un mélange rapide de l’air froid et l’air chaud en cas de stratification thermique, un confort d’usage du bâtiment et une adaptation à des utilisations différentes des zones du bâtiment.

L’invention propose un dispositif de ventilation de bâtiment, comprenant une conduite d’entrée d’air pour recevoir de l’air en aval d’un ventilateur, un plénum de répartition disposé en aval de la conduite d’entrée d’air et muni d’une pluralité de sorties d’air, chaque sortie d’air comprenant une jupe cylindrique, une pluralité de gaines de diffusion d’air, chacune reliée fluidiquement à une des sorties, chaque gaine de diffusion d’air comprenant une zone de gaine perforée, au moins un capteur de pression disposé dans une des sorties d’air et fixé à la jupe de ladite sortie d’air, au moins un registre d’obturation commandé disposé dans chaque sortie d’air équipée dudit au moins un capteur de pression, le registre d’obturation étant monté en amont du capteur de pression correspondant, et une unité de commande configurée pour recevoir une information de pression en provenance du au moins un capteur de pression et pour envoyer une consigne vers le au moins un registre d’obturation.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de ventilation de bâtiment comprend une pluralité de capteurs de pression chacun disposé dans une des sorties d’air et fixé à la jupe de la sortie d’air correspondante. Chaque sortie d’air peut être munie d’un capteur de pression. En variante, chaque sortie d’air sauf une peut être munie d’un capteur de pression.

Dans un mode de réalisation, le plénum de répartition présente une forme parallélépipédique rectangle, avec au moins un côté relié à la conduite d’air pour recevoir de l’air en aval du ventilateur, au moins un côté muni d’au moins une sortie d’air, et au moins un côté plein, le plénum présentant des parois formant chacune un des côtés en dehors des sorties d’air ou entrée d’air, lesdites parois comprenant plusieurs couches.

Dans un mode de réalisation, le plénum de répartition est réalisé en tôle doublée de matière isolante. Le plénum de répartition peut comprendre deux tôles et un isolant, minéral ou organique, disposé de manière étanche entre lesdites tôles.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de ventilation de bâtiment comprend ledit ventilateur en aval duquel la conduite d’entrée d’air est disposée.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de ventilation de bâtiment comprend une pluralité de plénums de répartition disposés en aval de la conduite d’entrée d’air, un premier plénum de répartition étant relié à la conduite d’entrée d’air et alimentant les autres plénums de répartition. Le premier plénum de répartition ou plénum maître alimente les autres ou plénums subordonnés. Les plénums subordonnés peuvent être de rang 1 alimentés par le plénum maître, de rang 2 alimentés par un plénum subordonné de rang 1, etc.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de ventilation de bâtiment comprend une pluralité de plénums de répartition disposés chacun en aval d’une conduite d’entrée d’air, en aval du ventilateur. Le ventilateur alimente plusieurs conduites d’entrée d’air, chacune pouvant alimenter au moins un plénum de répartition.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : Figure 1 : une vue schématique du dispositif selon un aspect de l’invention: Figure 2 : une vue en perspective d’un plénum du dispositif selon un aspect de l’invention; Figure 3 : une vue en coupe du plénum de la figure 2; Figure 4 : une vue de dessus du plénum de la figure 2: Figure 5 : une vue de face du plénum de la figure 2 ; Figure 6 : une vue en perspective d’un plénum d’un dispositif selon un autre aspect de l’invention.

De manière générale, un bâtiment à ventiler comprend un sol, des murs ou parois fermées et une surface supérieure formée par un plafond, une face inférieure de toiture, etc. Des cloisons et des planchers peuvent délimiter un espace intérieur du bâtiment en zones. En termes d’aéraulique, chaque zone est décrite par un certain nombre de caractéristiques : hauteur, largeur, longueur, ouvertures, encombrement par du mobilier ou des machines, durée d’occupation - permanente, de passage, intermittente ou exceptionnelle - type d’occupation — humaine ou animale, debout ou assise, etc., fuites d’air, isolation, exposition au soleil. Les besoins de chaque zone en termes de renouvellement d’air, de chauffage et/ou de refroidissement sont ainsi estimés par calcul. Toutefois, prédire les conditions précises de fonctionnement d’une installation de ventilation est difficile. La qualité des composants et de la pose de l’installation y contribue fortement.

Le besoin est de fournir une ventilation économe en énergie tout en offrant un confort élevé aux utilisateurs du bâtiment ce qui implique d’éviter les vitesses locales de déplacement de l'air trop élevées génératrices de sensations de courants d’air, voire d’inconvénients physiques ou de problèmes médicaux, mais aussi d’éviter les vitesses locales de déplacement de l'air trop faibles insatisfaisantes d’un point de vue sanitaire et pouvant être désagréables pour certaines personnes. Assurer un mélange rapide de l’air est également souhaitable en fin de nuit avant ou à l’arrivée des premiers utilisateurs dans une zone alors que l’arrêt nocturne souhaitable pour économiser de l’énergie, a pu conduire à une concentration d’air froid plus lourd en bas de la zone et d’air moins froid plus léger en haut de la zone, appelée stratification thermique. Un tel mélange dans une zone présentant une hauteur de plusieurs mètres nécessite des vitesses locales de déplacement de l'air élevées dans la partie haute de ladite zone. Ces objectifs sont largement contradictoires.

Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de ventilation 1 de bâtiment à ventiler comprend un ventilateur 2 et une conduite d'entrée d’air 3 pour recevoir de l’air du ventilateur 2. La conduite d’entrée d’air 3 est disposée en aval du ventilateur 2. En amont du ventilateur peut être prévu, un organe de chauffage/refroidissement d’air 11. La conduite d’entrée d’air 3 dans le bâtiment forme une sortie pour le ventilateur 2. La conduite d’entrée d’air 3 peut présenter une section rectangulaire de largeur de l’ordre de 0,5 à 1,5 m et de hauteur de l’ordre de 0,5 à 1 m. Le dispositif de ventilation 1 comprend un plénum de répartition 4 pour répartir l’air vers l’aval.

Le plénum de répartition 4 est disposé en aval de la conduite d’entrée d’air 3. Le plénum de répartition 4 se présente sous la forme d’un parallélépipède rectangle. Le plénum de répartition 4 est relié par un côté à la conduite d’entrée d’air 3. Le plénum de répartition 4 peut être réalisé en tôle. On peut prévoir deux épaisseurs de tôle d’acier galvanisé entourant une matière isolante, minérale ou organique, formant un doublage isolant, pour constituer un panneau plan. Les panneaux peuvent être assemblés entre eux par pliage ou par soudage. Le plénum de répartition 4 est muni d’une pluralité de sorties d’air. Les sorties d’air sont disposées sur d’autres côtés du plénum de répartition 4, ici sur d’autres côtés latéraux. Chaque sortie d’air comprend une jupe cylindrique et une pluralité de gaines de diffusion d’air 5. La jupe cylindrique est solidaire du plénum de répartition 4. La jupe est réalisée en tôle. La jupe présente une forme de cylindre de révolution de diamètre supérieur à la longueur dudit cylindre.

Chaque gaine de diffusion d’air 5 est reliée fluidiquement à une des sorties. La liaison entre la gaine de diffusion d’air 5 et la sortie est étanche pour éviter les pertes de débit.

Chaque gaine de diffusion d’air 5 comprend une portion de diffusion d’air munie d’au moins un évent 6 formant une zone de gaine perforée. L’évent 6 peut se présenter sous la forme d’une perforation dans une paroi perforée. L’évent 6 peut aussi se présenter sous la forme d’une grille de diffusion. Les évents 6 sont représentés en traits épais sur la figure 1. Dans la gaine de diffusion d’air 5 peut être prévue au moins une portion de liaison à paroi étanche pour conduire le flux d’air de l’amont vers l’aval.

Au moins un capteur de pression 7 est disposé dans une des sorties d’air. Plus généralement, un capteur de pression 7 est disposé dans chacune des sorties d’air, voir figure 6, ou dans chacune des sorties d’air sauf une, voir figures 2 à 5, dans le mesure où la pression dans une sortie d’air seule dépourvue de capteur de pression 7 peut être déterminée à partir des pressions mesurées par les capteurs de pression disposés dans les autres sorties d’air.

Chaque capteur de pression 7 est fixé à la jupe de ladite sortie d’air supportant ledit capteur de pression 7. Chaque capteur de pression 7 peut être vissé dans ou collé par adhésif à ladite sortie d'air. Chaque capteur de pression 7 est muni d’une sortie de communication filaire ou sans fil. Dans le plénum de répartition 4 est disposé au moins un registre d’obturation 8. Chaque registre d’obturation 8 est disposé au moins dans chaque sortie d’air équipée dudit au moins un capteur de pression 7. Le registre d’obturation 8 peut se présenter sous la forme d’un organe de forme parallélépipédique. Le registre d’obturation 8 peut comprendre un cadre rectangulaire formant un passage central et une pluralité de volets mobiles entre une position d’ouverture et une position de fermeture. Le registre d’obturation 8 est fixé dans le plénum de répartition 4 à une paroi extérieure. Le registre d’obturation 8 est disposé en travers de l’ouverture de la sortie d’air. Le registre d’obturation 8 est monté en contact avec une paroi verticale du plénum de répartition 4.

Les volets peuvent être basculants. Les volets peuvent être coulissants par rapport à des volets fixes. En position de fermeture, les volets empêchent un déplacement d’air à travers le registre d’obturation 8. En position d’ouverture, les volets permettent un déplacement d’air à travers le registre d’obturation 8 avec de faibles pertes. Le registre d’obturation 8 comprend un actionneur actif sur les volets pour déplacer les volets entre la position d’ouverture et la position de fermeture et vice et versa. Ici, le registre d’obturation 8 est monté du côté intérieur du plénum de répartition 4. Le registre d’obturation 8 est monté en amont du capteur de pression 7 de la sortie d’air correspondante. Ainsi, la manœuvre du registre d’obturation 8 est commandée pour chaque sortie d’air équipée dudit au moins un capteur de pression 7. Le dispositif de ventilation 1 de bâtiment comprend une unité de commande. L’unité de commande est configurée pour recevoir une information de pression en provenance du au moins un capteur de pression 7. L’information de pression provenant du capteur de pression 7 peut être transmise par une liaison filaire ou hertzienne à l’unité de commande. L’unité de commande est configurée pour envoyer une consigne vers le au moins un registre d’obturation 8. L’information de consigne provenant de l’unité de commande peut être transmise par une liaison filaire ou hertzienne au registre d’obturation

8. La liaison de communication peut être commune à un capteur de pression 7 et à un registre d’obturation 8 voisins ou à des capteurs de pression et à des registres d’obturation du même plénum de répartition

4. L’unité de commande et le ventilateur 2 sont reliés par une liaison de commande pour commander le ventilateur 2.

Dans un premier mode de réalisation, le ventilateur 2 débite un flux d’air dans la conduite d’entrée d’air 3 amenant le flux d’air dans le plénum de répartition 4 répartissant le flux d’air entre plusieurs gaines de diffusion d’air 5 au moyen des registres commandés par l’unité de commande. La pression est mesurée dans les gaines de diffusion d’air 5 par les capteurs de pression. L’unité de commande dispose de l’information relative à la pression dans chaque gaine de diffusion d’air 5 et est ainsi capable de commander les registres d’obturation pour obtenir une répartition dynamique de l’air.

Dans un deuxième mode de réalisation, sont prévus une pluralité de plénums de répartition 4 disposés en aval de la conduite d’entrée d’air 3. Un premier plénum de répartition 4 est relié à la conduite d’entrée d’air 3 et alimente d’autres plénums de répartition 4 et ainsi de suite, le nombre d’étages de plénums de répartition 4 n’étant limité que par les pertes de charge. L’une des sorties d’air du premier plénum de répartition 4 peut être reliée à une conduite aval 9 menant vers au moins un autre plénum de répartition 10, représentés en tireté sur la figure 1. Le premier plénum de répartition 4 peut être du type illustré sur la figure 6, notamment avec une face ouverte vers la conduite aval.

Dans un troisième mode de réalisation, sont prévus une pluralité de plénums de répartition 4 disposés chacun en aval d’une conduite d’entrée d’air 3, en aval du ventilateur 2. Le ventilateur 2 alimente plusieurs conduites d’entrée d’air montées en parallèle.

Dans un quatrième mode de réalisation, sont prévus une pluralité de ventilateurs 2, par exemple deux, alimentant un plénum de répartition 4, du modèle illustré sur la figure 6, disposé en aval de plusieurs conduites d’entrée d’air 3, chacune en aval d’un des ventilateurs 2. Chaque ventilateur 2 alimente une conduite d’entrée d’air débouchant dans le plénum de répartition 4 commun. De manière générale, le capteur de pression 7 disposé en aval du registre d’obturation 8 permet de disposer d’une valeur de pression correspondant de manière réaliste au débit de la gaine de diffusion d’air 5 disposée en aval dudit registre d’obturation 8. Un abaque pression/débit, le cas échéant intégrant d’autres paramètres, peut être établi par mesure, par simulation ou encore par apprentissage. Du fait que la pression mesurée est la pression correspondant très directement au débit d’air dans la gaine de diffusion d’air 5, l’unité de commande est capable de commander la répartition du flux d’air de manière beaucoup plus précise et moins sensible à des défauts ou à des erreurs. L’installation est ainsi plus robuste en fonctionnement et offre un confort accru.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment, comprenant une conduite d’entrée d’air (3) pour recevoir de l’air en aval d’un ventilateur (2), un plénum de répartition (4) disposé en aval de la conduite d’entrée d’air (3) et muni d’une pluralité de sorties d’air, chaque sortie d’air comprenant une jupe cylindrique, une pluralité de gaines de diffusion d’air (5), chacune reliée fluidiquement à une des sorties, chaque gaine de diffusion d’air (5) comprenant une zone de gaine perforée, au moins un capteur de pression (7) disposé dans une des sorties d’air et fixé à la jupe de ladite sortie d’air, au moins un registre d’obturation (8) commandée disposé dans chaque sortie d’air équipée dudit au moins un capteur de pression (7), le registre d’obturation (8) étant monté en amont du capteur de pression (7) correspondant, et une unité de commande configurée pour recevoir une information de pression en provenance du au moins un capteur de pression (7) et pour envoyer une consigne vers le au moins un registre d’obturation (8).

2. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment selon la revendication 1, comprenant une pluralité de capteurs de pression chacun disposé dans une des sorties d’air et fixé à la jupe de la sortie d’air correspondante.

3. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le plénum de répartition (4) présente une forme parallélépipédique rectangle, avec au moins un côté relié à la conduite d’air pour recevoir de l’air en aval du ventilateur (2), au moins un côté muni d’au moins une sortie d’air, et au moins un côté plein, le plénum présentant des parois formant chacune un des côtés en dehors des sorties d’air ou entrée d’air, lesdites parois comprenant plusieurs couches.

4. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le plénum de répartition (4) est réalisé en tôle doublée de matière isolante.

5. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment selon l’une des revendications précédentes, comprenant ledit ventilateur (2) en aval duquel la conduite d’entrée d’air (3) est disposée.

6. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment selon l’une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de plénums de répartition (4) disposés en aval de la conduite d’entrée d’air (3), un premier plénum de répartition (4) étant relié à la conduite d’entrée d’air (3) et alimentant les autres plénums de répartition (4).

7. Dispositif de ventilation (1) de bâtiment selon l’une des revendications I] à 5, comprenant une pluralité de plénums de répartition (4) disposés chacun en aval d’une conduite d’entrée d’air (3), en aval du ventilateur (2).