EP0018906B1 - Perfectionnements aux éléments de façade vitrés, notamment aux fenêtres préfabriquées - Google Patents

Perfectionnements aux éléments de façade vitrés, notamment aux fenêtres préfabriquées Download PDF

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EP0018906B1
EP0018906B1 EP80400581A EP80400581A EP0018906B1 EP 0018906 B1 EP0018906 B1 EP 0018906B1 EP 80400581 A EP80400581 A EP 80400581A EP 80400581 A EP80400581 A EP 80400581A EP 0018906 B1 EP0018906 B1 EP 0018906B1
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EP
European Patent Office
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facade element
premises
ups
pick
comfort
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EP80400581A
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Pierre Chavy
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds

Definitions

  • the invention relates to glazed facade elements, in particular to prefabricated windows.
  • the CH-A-411 305 combines the regulation of the brightness passing through a window, an induced regulation of energy flows because the radiation passing through the window carries a certain amount of heat generally proportional to the radiation.
  • this window is only designed to respond to requests for brightness in a room delimited by such a window.
  • FR-A-1 356 990 describes air conditioning means for a greenhouse making it possible, thanks to a programmer, to define a usage profile, that is to say temperature, humidity and misting so that , by comparison with the actual values of instantaneous parameters displayed by sensors, it is possible to act immediately on the light sources, thermal sources and misting means to bring the parameters as close as possible to the values corresponding to the determined use profile.
  • This device is of the same order as certain temperature regulation means in buildings which, capturing the instantaneous temperature in a room, act on heating means to maintain a predicted temperature profile.
  • these means are far from allowing optimization of energy consumption or even precise adaptation to the desired comfort conditions.
  • the invention therefore aims to create a glazed facade element which, instead of being passive like current facade elements, either active or "intelligent", that is to say replaces the conscious action of the occupants of the room that this facade element circumscribes by an automatic action according to physical parameters, in order to assure these occupants, with the minimum of energy consumption, the maximum of comfort and contact with the outside.
  • the invention also aims to arrange such an element so that it can be manufactured in the factory and then be easily integrated into the facade of a building under construction or renovation.
  • the facade element according to the invention such as in particular a prefabricated window, which comprises, in combination with a frame surrounding preferably double or multiple glazing, means regulating the heat exchanges and / or the comfort, including means for obscuring the glazing, sensors for physical parameters influencing the heat exchanges and the comfort of the occupants of the premises to be limited by this facade element, and a programmable electronic assembly sensitive to said sensor and designed to send control signals to said means regulating heat exchange and / or comfort, is characterized in that said assembly comprises a microprocessor, a memory and an internal clock combined with said microprocessor, said assembly incorporating a program for using the room defining the desired value over time of each of the programmed physical parameters, said set being sensitive to the output signals of Said sensors, for, on the one hand memorizing for a relatively long period, preferably at least 24 hours, the values taken by the parameters at least during the day before the day considered and, on the other hand, using the current value parameters of the day considered to address control signals required by said means regulating heat
  • These concealment means can be either mechanical (shutters, blinds, curtains, sunshades operated by electric motors) or physicochemical (glasses with variable transmission properties depending on the difference in electrical potential at which they are submitted).
  • the microprocessor or microcomputer it is a set of electronic circuits, of known type, capable of performing repetitive tasks, of comparing the input signals and signals stored in memory and, as a function of the comparisons thus made, make choices and modulate its output signals accordingly.
  • Such a microprocessor and its program are preferably of the digital type, and not analog, the input signals being then addressed in the form of a sequence of digits.
  • the facade element comprises a promoter member for air exchange through this element, the sensors and the microprocessor then being arranged to put this member in action or out of action depending on the concentration of harmful gases.
  • harmful gases such as carbon dioxide (C0 2 ) or non-breathable on the inside of the facade element.
  • inner face means of course that of the faces of the facade element which, when it has been put in place, is turned towards the interior of the room.
  • the air exchange promoter member is generally constituted by a fan incorporated or not in the frame of the facade element, this fan being at variable speed or not. It can also be a motor capable of opening more or less the glazing of this element or a ventilation opening formed within the framework thereof.
  • At least one of the sensors of the facade element is sensitive to the lighting on the internal face of this element, which has electrical connections intended to be connected to the lighting installation of the room in front be limited by this facade element.
  • at least one of the sensors can be sensitive to temperature, the front element then having electrical connections intended to be connected to the heating and / or cooling installation of the premises having to be limited by this element.
  • the microprocessor technique has reached a stage of development such that it suffices to mention the parameters involved as input signals and the actions to be triggered by the output signals so that specialists can develop the microcomputer. (and its program) intended to equip the facade element according to the invention, by providing it with desirable adaptation possibilities to local climatic conditions, to the relationships between the facade glazed surfaces and the volume of the premises, to the presence or not cooling installations, the nature of the means of concealment, the program of foreseeable occupancy of the premises over time (daytime occupation for office premises or permanent or essentially nocturnal occupation for accommodation premises; vacancy in function for example weekend leave, the paid holiday scheme for office premises or the school or university holiday scheme for the es premises intended for teaching), etc ...
  • the specialists in the matter will not either have any difficulty to arrange such a microprocessor so that it can be neutralized momentarily on the initiative of the occupants; for example, in order to eliminate a bad odor which escapes detection by the sensors, these occupants must be able to carry out ventilation which is certainly capable of causing regrettable heat loss in terms of energy savings, but which is essential for the comfort of the occupants.
  • the user of the room can specify specific options to the control bodies and modify them at his choice. In particular, he may order the transition to the sleepiness regime (occupants sleep period) or the hibernation regime (period of prolonged absence of the occupants). He will be able to choose the days and hours of changeover to the active regime (wake-up period, arrival and occupant activity). It will be able to display the temperature profiles according to the hours and the regimes. It will be able to set the various constants of reaction time to the stresses of the sensors.
  • the following physical quantities can be cited as an example: temperature and degree of humidity of the air inside the premises, intensity of a "radiative to interior of premises (influence of a cold wall), air temperature outside the premises, energy and light flux received from outside the facade element, lighting inside the premises, animal (human) presence ), concentration of harmful or non-breathable gases such as carbon dioxide (C0 2 ) and oxygen, wind force outside the premises.
  • such a facade element comprises: means for obscuring the glazing 3 essentially constituted by a rolling shutter 4; indoor 5 and outdoor 6 sensors for the various parameters influencing the heat exchange and the comfort of the occupants of the premises to be limited by this facade element; and a microprocessor 7 arranged to receive the output signals from the sensors 5, 6 and to send, as a function of these output signals, appropriate control signals to the above-mentioned occultation means.
  • these concealment means comprise a reversible electric motor 8 coupled to a horizontal roller 9 housed in the upper element 1 of the rigid frame, the rotation of the motor 8 in one direction or the other having the effect wind the flap 4 on the roll 9 or unwind.
  • Electrical conductors housed inside the rigid frame, connect the microprocessor 7 to the motor 8, via appropriate relays.
  • the concealment means may also comprise a curtain 10 and curtains 11, inward relative to the glazing 3, as well as a blind (not shown) outward relative to the glazing 3.
  • the facade element further comprises a fan 12 capable of ensuring a forced and controlled air exchange between the room and the outside atmosphere; outside the fan operating periods, the front element is relatively airtight. In any case, it is arranged to prevent the penetration of noise from the outside.
  • the facade element includes various electrical connections with the outside, shown diagrammatically by a cable 13: arrivals from the room supply network, to supply the microprocessor 7, the motor or motors 8, the relays or from additional sensors to be installed in the room; Departures to controls for lighting, heating, cooling installations, etc.
  • a step-down transformer is also housed in the rigid frame to enable the microprocessor 7, the sensors 5 to be supplied with the desired voltages. 6, relays etc ...
  • FIG. 2 represents, by a diagram of functional blocks, the circuits associated with the facade element of FIG. 1.
  • keys (d ') input (des ) instructions memory and display.
  • the microprocessor 7 is equipped with an internal clock allowing it to maintain with all the desirable precision the time, the day of the week, the day of the month, the year. This time and date will be used to keep the outside temperature and radiation conditions of the past twenty-four hours, 1/4 hour by 1/4 hour, to determine the usage profile, the day, and the mode of occupation according to the planned profile and time. The time and date will also be used to keep in memory the occupancy mode actually observed according to the planned profile, the day of the week or the calendar, in order to allow the active window, in accordance with the invention, to perform self-programming.
  • the time and date can also be displayed on a display device (liquid crystal or light-emitting diode) and be used for an "alarm clock" function: if it is daylight, opening the shutters and curtains; if it is dark, switch on the interior light.
  • An audible signal may be provided if no activity is detected within the next fifteen minutes.
  • the presence can be quantified: the number of occupants, if known and can be determined, will make it possible to more reliably calculate the free animal or human contributions ("animal heat") and the fresh air requirements.
  • a calendar is defined, matching date and profile.
  • the calendar can be standard, for example academic or social (office timetable) or be special, imposed manually by the user.
  • Each mode of use of the room defines a range of sought temperatures and a range of permitted temperatures.
  • the limit temperatures, lighting and possibly humidity are entered manually into the system memory by the setpoint input keys and are stored, for each mode, in the system memory. For each mode, four limit temperatures, four limit relative humidity and four limit illuminations are kept, i.e. for an active window with 3 modes, 36 2-digit memories are required.
  • Each usage profile is defined for a 24-hour day, 1/4 hour by 1/4 hour, a mode of use corresponding to each 1/4 hour. Assuming that only 10 modes of use are possible, for example absence, sleep, active presence of 1 person, 2 people, ..., 8 people, it will be necessary to store in memory 96 digits for each profile, i.e. 9 profiles, 864 digits.
  • the intended use profile will be manually entered by the set entry keys.
  • the actual room usage profile will also be established and stored in another memory area.
  • this actual profile will replace the profile entered.
  • This auto-programming can be specified once and for all and, in this case, no user profile instruction will have to be entered by the user.
  • the profile actually observed will be stored in memory for each of the usage profiles as defined by the calendar.
  • the weather conditions of the last twenty-four hours are kept in memory.
  • the temperature, the sunshine (external lighting) and possibly the wind and the relative humidity are also stored 1/4 hour by 1/4 hour, that is, with two digits for each quantity, 192 or 384 digits required.
  • the meteorological conditions actually observed will be used to determine the characteristics of the room equipped with the "active window”: losses, inertias and factor of use, depending on the orientation of the sun, of solar gains.
  • the system will only allow a slow variation of the stored characteristics, so as to obtain a good evaluation of these by repetition of the determinations.
  • the meteorological conditions of the last twenty-four hours, supposed to occur during the following twenty-four hours, the expected profile of use of the room and the corresponding desired interior conditions, will make it possible to anticipate, depending on the characteristics of the room, the openings and closings of the shutters 4, blinds, curtains 11, heating control 13, ventilation 12, interior lighting and possibly humidification.
  • a cost optimization calculation will be carried out to allow the intelligent use of free inputs and less expensive energies (calorie storage using the technical inertia of the room and the temperature ranges allowed).
  • This optimization will also allow, in winter, the happy use of the differences in energy pricing, the appropriate closing of shutters 4 and 11 thermal insulation curtains, the recovery of calories from stale air leaving an exchanger with the incoming fresh air that, in summer, the cooling of the room by a night ventilator and the appropriate closing of blinds and possibly shutters 4 to protect from solar radiation and excessive daytime outside temperature.
  • the opening and closing of the thermal insulation flaps 4 and of the blinds will be controlled, not only as indicated previously by the anticipation capacity of the system, but also by its ability to adapt to the conditions actually observed: the modes of use and their constraints of temperature, lighting and vision will dictate in priority the openings or closings of shutters 4 and curtains before taking into account the energy saving objectives.
  • the invention makes it possible to save energy by an automatic action on the flows of energy and lighting which pass through the facades of buildings as well as on the energy inputs which are made at inside the premises, minimizing these energy inputs as well as the losses caused by the ventilation of the premises.

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Description

  • L'invention est relative aux éléments de façade vitrés, notamment aux fenêtres préfabriquées.
  • Bien que le problème des économies d'énergie devienne de plus en plus aigu, le chauffage, l'aération et l'éclairage des locaux d'habitation ou de bureaux continuent à provoquer un gaspillage d'énergie contre lequel il n'existe pas de remèdes d'ensemble. Les mesures essentielles d'économie (arrêt d'une installation de refroidissement d'air par temps relativement froid, ou d'une installation d'éclairage lorsque la lumière du jour est suffisante ; fermeture d'une fenêtre ou arrêt d'une installation d'aération lorsque l'atmosphère d'un local répond aux normes d'hygiène et de confort) sont en effet laissées pour la plupart à l'appréciation des occupants habituels des locaux. Or ces occupants peuvent soit manquer d'initiative ou être indifférents aux problèmes d'économie d'énergie, soit avoir des réactions peut objectives ou trop lentes aux sensations de confort et d'inconfort, de froid et de chaud, de pureté et d'impureté de l'air, de clarté et d'obscurité, voire des réactions incompatibles entre les occupants d'un même local, soit encore tout simplement rester absents pendant des périodes plus ou moins longues. Par ailleurs, lorsque l'environnement le permet, le bien-être des occupants d'un local exige pour ceux-ci la faculté d'observer, à travers l'élément de façade vitré, le paysage ou le spectacle dont ils sont séparés par cet élément.
  • Autrefois, l'occupant d'un local était entièrement conscient des dépenses en énergie de chauffage car le nombre et le poids des seaux de charbon à transporter pour entretenir le feu dans un poële, par exemple, conservaient à ces dépenses une valeur concrète. Le remplacement du charbon par le fuel domestique ou par l'électricité a de plus en plus ôté à ces dépenses leur caractère concret et fait oublier l'influence qu'exerce sur ces dépenses une opération aussi simple, par exemple, que l'ouverture d'une fenêtre ou, de nuit, la fermeture de volets. Des réflexions semblables peuvent être faites au sujet de l'éclairage. Les efforts actuellement déployés pour rééduquer une génération qui a été élevée dans une période d'apparente abondance en énergie risquent de ne pas porter leurs fruits avant longtemps.
  • Le CH-A-411 305 associe à la régulation de la luminosité traversant une fenêtre, une régulation induite des flux énergétiques du fait que le rayonnement traversant la fenêtre transporte une certaine quantité de chaleur globalement proportionnelle au rayonnement. Cependant, cette fenêtre n'est conçue que pour répondre à des demandes en matière de luminosité dans un local délimité par une telle fenêtre. Par contre, il n'est pas donné d'indication permettant de songer à utiliser un élément de façade tel qu'une fenêtre pour tenter de résoudre le problème lié à la consommation et au prix de l'énergie.
  • Le FR-A-1 356 990 décrit des moyens de climatisation pour une serre permettant, grâce à un programmateur, de définir un profil d'utilisation, c'est-à-dire de température, d'humidité et de brumisation de façon que, par comparaison avec les valeurs réelles de paramètres instantanées affichées par des capteurs, il soit possible d'agir immédiatement sur les sources lumineuses, sources thermiques et moyens de brumisation pour rapprocher le plus possible les paramètres des valeurs correspondant au profil d'utilisation déterminé. Ce dispositif est du même ordre que certains moyens de régulation de température dans des bâtiments qui, captant la température instantanée dans un local, agissent sur des moyens de chauffage pour maintenir un profil de température prévu. Ces moyens sont cependant loin de permettre une optimisation de la consommation énergétique ni même une adaptation précise aux conditions de confort recherchées.
  • L'invention a donc pour but de créer un élément de façade vitré qui, au lieu d'être passif comme les éléments de façade actuels, soit actif ou « intelligent », c'est-à-dire remplace l'action consciente des occupants du local que circonscrit cet élément de façade par une action automatique en fonction de paramètres physiques, en vue d'assurer à ces occupants, avec le minimum de consommation d'énergie, le maximum de confort et de contact avec l'extérieur. L'invention a également pour but d'agencer un tel élément de façon qu'il puisse être fabriqué en usine et être ensuite intégré aisément à la façade d'un immeuble en cours de construction ou de rénovation.
  • Pour atteindre ce but, l'élément de façade conforme à l'invention, tel que notamment une fenêtre préfabriquée, qui comprend, en combinaison avec un cadre entourant un vitrage de préférence double ou multiple, des moyens réglant les échanges thermiques et/ou le confort, dont des moyens d'occultation du vitrage, des capteurs pour des paramètres physiques influant sur les échanges thermiques et sur le confort des occupants du local devant être limité par cet élément de façade, et un ensemble électronique programmable sensible audit capteur et agencé pour adresser des signaux de commande auxdit moyens réglant les échanges thermiques et/ou le confort, est caractérisé en ce que ledit ensemble comprend un microprocesseur, une mémoire et une horloge interne combinées audit microprocesseur, ledit ensemble incorporant un programme d'utilisation du local définissant la valeur désirée dans le temps de chacun des paramètres physiques programmés, ledit ensemble étant sensible aux signaux de sortie desdits capteurs, pour, d'une part mémoriser pendant une période relativement longue, de préférence d'au moins 24 heures, les valeurs prises par les paramètres au moins pendant la veille du jour considéré et, d'autre part, utiliser la valeur actuelle des paramètres du jour considéré pour adresser des signaux de commande requis auxdits moyens réglant les échanges thermiques et/ou le confort, avec un effet d'anticipation tenant compte de l'inertie thermique du local.
  • Ces moyens d'occultation peuvent être de nature soit mécanique (volets, stores, rideaux, pare-soleil actionnés par des moteurs électriques), soit physico-chimique (verres ayant des propriétés de transmission variables en fonction de la différence de potentiel électrique à laquelle ils sont soumis). Quant au microprocesseur ou microcalculateur, il s'agit d'un ensemble de circuits électroniques, de type connu, capable d'effectuer des tâches répétitives, de comparer les signaux d'entrée et des signaux mis en mémoire et, en fonction des comparaisons ainsi effectuées, de faire des choix et de moduler en conséquence ses signaux de sortie. Un tel microprocesseur et son programme sont de préférence du type numérique, et non analogique, les signaux d'entrée étant alors adressés sous la forme d'une séquence de chiffres.
  • De préférence, l'élément de façade comprend un organe promoteur d'échange d'air à travers cet élément, les capteurs et le microprocesseur étant alors agencés pour mettre cet organe en action ou hors d'action en fonction de la concentration en gaz nocifs tel que le gaz carbonique (C02) ou non respirables sur la face intérieure de l'élément de façade. Par « face intérieure », on entend bien entendu celle des faces de l'élément de façade qui, lorsque celui-ci a été mis en place, se trouve tournée vers l'intérieur du local.
  • L'organe promoteur d'échange d'air est en général constitué par un ventilateur incorporé ou non au cadre de l'élément de façade, ce ventilateur étant à vitesse variable ou non. Il peut aussi s'agir d'un moteur capable d'ouvrir plus ou moins le vitrage de cet élément ou une bouche d'aération formée dans le cadre de celui-ci.
  • De préférence encore, l'un au moins des capteurs de l'élément de façade est sensible à l'éclairement sur la face intérieure de cet élément, lequel possède des connexions électriques destinées à être reliées à l'installation d'éclairage du local devant être limité par cet élément de façade. De même, l'un au moins des capteurs peut être sensible à la température, l'élément de façade possédant alors des connexions électriques destinées à être reliées à l'installation de chauffage et/ou de refroidissement du local devant être limité par cet élément.
  • La technique des microprocesseurs a atteint à l'heure actuelle un degré de développement tel qu'il suffit de mentionner les paramètres intervenant comme signaux d'entrée et les actions à provoquer par les signaux de sortie pour que les spécialistes puissent mettre au point le microcalculateur (et son programme) destiné à équiper l'élément de façade conforme à l'invention, en le dotant des possibilités d'adaptation souhaitables aux conditions climatiques locales, aux rapports entre les surfaces vitrées de façade et le volume des locaux, à la présence ou non d'installations de refroidissement, à la nature des moyens d'occultation, au programme d'occupation prévisible des locaux dans le temps (occupation diurne pour locaux de bureaux ou occupation permanente ou essentiellement nocturne pour locaux d'habitation ; inoccupation en fonction par exemple des congés de fin de semaine, du régime des congés payés pour les locaux de bureaux ou du régime des congés scolaires ou universitaires pour les locaux destinés à l'enseignement), etc... Les spécialistes en la matière n'éprouveront non plus aucune difficulté pour agencer un tel microprocesseur de façon qu'il puisse être neutralisé momentanément à l'initiative des occupants ; en vue par exemple de chasser une mauvaise odeur échappant à la détection des capteurs, il faut que ces occupants soient en mesure de procéder à une aération qui est certes capable de provoquer une perte de chaleur regrettable sur le plan des économies d'énergie, mais qui est indispensable pour le confort des occupants. L'utilisateur du local pourra spécifier aux organes de commande des options particulières et les modifier à son choix. En particulier, il pourra commander le passage au régime de somnolence (période de sommeil des occupants) ou au régime d'hibernation (période d'absence prolongée des occupants). Il pourra choisir les jours et heures de passage au régime actif (période de réveil, d'arrivée et d'activité des occupants). Il pourra afficher les profils de température selon les heures et les régimes. Il pourra fixer les diverses constantes de temps de réaction aux sollicitations des capteurs.
  • Parmi les paramètres intervenant comme signaux d'entrée, on peut citer à titre d'exemple les grandeurs physiques suivantes : température et degré d'humidité de l'air à l'intérieur des locaux, intensité d'une ambiance « radiative à l'intérieur des locaux (influence d'une paroi froide), température de l'air à extérieur des locaux, flux énergétique et lumineux reçu de l'extérieur de l'élément de façade, éclairement à l'intérieur des locaux, présence animale (humaine), concentration en gaz nocifs ou non respirables tel que le gaz carbonique (C02) et en oxygène, force du vent à l'extérieur des locaux. En plus de ces grandeurs physiques, on peut citer des paramètres affichables par les occupants des locaux soit directement, soit à distance (transmission de paramètres codés par téléphone) et tels que choix entre ventilation et éclairage naturels et artificiels, arrêt volontaire du chauffage et remise en marche automatique à un moment fixé à l'avance, sélection d'un profil de température de consigne, etc...
  • Un mode de réalisation particulier de l'invention est illustré schématiquement aux dessins annexés et va être décrit en détail ci-après.
    • La figure 1 de ces dessins représente en coupe verticale un élément de façade vitré qui, selon l'invention, est fabriqué en usine.
    • La figure 2 représente, par un schéma de blocs fonctionnels, les circuits associés à l'élément de façade de la figure 1.
  • En combinaison avec un cadre rigide dont seuls les éléments supérieur 1 et inférieur 2 ont été représentés à la figure 1 et qui entoure un vitrage double ou multiple 3, un tel élément de façade comprend : des moyens d'occultation du vitrage 3 essentiellement constitués par un volet roulant 4 ; des capteurs intérieurs 5 et extérieurs 6 pour les différents paramètres influant sur les échanges thermiques et sur le confort des occupants du local devant être limité par cet élément de façade ; et un microprocesseur 7 agencé pour recevoir les signaux de sortie des capteurs 5, 6 et adresser, en fonction de ces signaux de sortie, des signaux de commande appropriés vers les susdits moyens d'occultation.
  • Outre le volet roulant 4, ces moyens d'occultation comprennent un moteur électrique réversible 8 accouplé à un rouleau horizontal 9 logé dans l'élément supérieur 1 du cadre rigide, la rotation du moteur 8 dans un sens ou dans l'autre ayant pour effet d'enrouler le volet 4 sur le rouleau 9 ou l'en dérouler. Des conducteurs électriques (non montrés), logés à l'intérieur du cadre rigide, relient le microprocesseur 7 au moteur 8, par l'intermédiaire de relais appropriés. Les moyens d'occultation peuvent comprendre aussi un voilage 10 et des rideaux 11, vers l'intérieur par rapport au vitrage 3, ainsi qu'un store (non représenté) vers l'extérieur par rapport au vitrage 3.
  • L'élément de façade comprend en outre un ventilateur 12 capable d'assurer un échange d'air forcé et contrôlé entre le local et l'atmosphère extérieure ; en dehors des périodes de fonctionnement du ventilateur, l'élément de façade est relativement étanche à l'air. De toute façon, il est agencé pour empêcher la pénétration des bruits de l'extérieur.
  • L'élément de façade comprend des connexions électriques diverses avec l'extérieur, schématisées par un câble 13 : arrivées en provenance du réseau d'alimentation de la pièce, pour alimenter le microprocesseur 7, le ou les moteurs 8, les relais ou en provenance de capteurs additionnels à poser dans le local ; départs vers les commandes d'installations d'éclairage, de chauffage, de refroidissement, etc... Un transformateur abaisseur de tension est en outre logé dans le cadre rigide pour permettre d'alimenter aux tensions voulues le microprocesseur 7, les capteurs 5, 6, les relais etc...
  • La figure 2 représente, par un schéma de blocs fonctionnels, les circuits associés à l'élément de façade de la figure 1. On y voit, outre les capteurs 5, 6 et le microprocesseur 7, des touches (d')entrée (des) consignes, une mémoire et un affichage.
  • Les capteurs évaluent les paramètres suivants :
    • - présence (simple ou multiple) ;
    • - température intérieure ;
    • - luminosité interne ; vent ;
    • - température externe ;
    • - éventuellement, humidité intérieure. , Les touches d'entrée des consignes permettent aux utilisateurs de fixer les paramètres suivants :
    • - profil ;
    • - calendrier de chaque profil ;
    • - mode d'occupation du local ;
    • - horaire pour chaque profil par mode d'occupation ;
    • - température de consigne pour chaque mode d'occupation ;
    • - fourchette des températures admises ;
    • - éventuellement humidité (comme température).
  • La mémoire enregistre :
    • - les 96 températures extérieures de chaque quart d'heure des dernières 24 heures ;
    • - l'horaire observé des modes d'occupation du plus récent jour de chaque profil (apprentissage simple) ;
    • - le calendrier et le profil prévus ;
    • - pour chaque profil, l'horaire d'entrée des modes d'occupation du local ;
    • - pour chaque mode d'occupation, la température intérieure de consigne et la fourchette des températures admises ;
    • - éventuellement, humidité (comme température) ;
    • - tranches horaires de tarification de l'énergie (électricité).
  • L'affichage, avec sélection par touches, permet d'afficher ce qui suit :
    • - températures actuelles intérieure ou extérieure ;
    • - heure, jour, mois actuels ;
    • - profil prévu actuel ;
    • - mode d'occupation actuel ;
    • - visualisation mémoire.
  • On prévoit de commander certains ou la totalité des éléments suivants :
    • - rideaux ;
    • - volets thermiques ;
    • - aération/extraction directe ;
    • - aération/extraction par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur ;
    • - chauffage à un ou plusieurs niveaux, et/ou refroidissement ;
    • - éclairage intérieur ;
    • - éventuellement, humidificateur d'atmosphère.
  • Le microprocesseur 7 est équipé d'une horloge interne lui permettant de maintenir avec toute la précision souhaitable l'heure, le jour de la semaine, le jour du mois, l'année. Cette heure et cette date seront utilisées pour conserver les conditions de température et de radiation extérieures des dernières vingt-quatre heures, 1/4 heure par 1/4 heure, pour déterminer le profil d'utilisation, le jour, et le mode d'occupation selon le profil prévu et l'heure. L'heure et la date seront aussi utilisées pour conserver en mémoire le mode d'occupation réellement observé selon le profil prévu, le jour de la semaine ou le calendrier, afin de permettre à la fenêtre active, conforme à l'invention, d'effectuer une auto-programmation.
  • L'heure et la date pourront aussi être affichées sur un organe de visualisation (cristaux liquides ou diodes lumineuses) et être utilisées pour une fonction de « réveil » : s'il fait jour, ouverture des volets et rideaux ; s'il fait nuit, allumage de la lumière intérieure. Un signal sonore pourra être prévu si aucune activité n'est décelée dans les quinze minutes suivantes.
  • A. Il est défini plusieurs modes d'occupation du local :
    • - la présence animale ou humaine en l'état de veille (activité) ;
    • - la présence animale ou humaine en l'état de sommeil ;
    • - l'absence animale ou humaine.
  • Eventuellement, la présence peut être quantifiée : le nombre d'occupants, s'il est connu et peut être déterminé, permettra de calculer avec plus de fiabilité les apports gratuits animaux ou humains (« chaleur animale •) et les besoins en air frais.
  • B. Il est défini plusieurs profils d'utilisation du local, par exemple neuf profils, sept correspondant à chacun des jours de la semaine, le huitième à un jour d'absence complète, le neuvième à un jour spécial inhabituel dont les tranches horaires de mode d'utilisation auront été imposées manuellement (par exemple, jour de retour de vacances, jour férié différent d'un samedi ou d'un dimanche, etc...).
  • C. Il est défini un calendrier faisant correspondre date et profil. Le calendrier peut être standard, par exemple scolaire ou social (horaire d'un bureau) ou être spécial, imposé manuellement par l'utilisateur.
  • A chaque mode d'utilisation du local sont définis un domaine de températures recherchées et une fourchette de températures admises.
  • De même, il est défini, pour chaque mode d'utilisation, un domaine d'éclairement recherché et une fourchette d'éclairements admis.
  • Pour les modèles de « fenêtre active les plus élaborés, l'humidité intérieure peut être définie de la même façon.
  • Les températures, éclairement et éventuellement humidité limites sont entrés manuellement dans la mémoire du système par les touches d'entrée des consignes et sont stockés, pour chaque mode, dans la mémoire du système. Pour chaque mode, quatre températures limites, quatre humidités relatives limites et quatre éclairements limites sont conservés, soit pour une fenêtre active à 3 modes, 36 mémoires de 2 chiffres sont nécessaires.
  • Chaque profil d'utilisation est défini pour une journée de vingt-quatre heures, 1/4 heure par 1/4 heure, un mode d'utilisation correspondant à chaque 1/4 heure. En supposant que seulement 10 modes d'utilisation soient possibles, par exemple absence, sommeil, présence active de 1 personne, 2 personnes, ..., 8 personnes, il sera nécessaire de stocker dans la mémoire 96 chiffres pour chaque profil, soit pour 9 profils, 864 chiffres.
  • Le profil d'utilisation prévu sera manuellement entré par les touches d'entrée de consignes. Le profil réel d'utilisation du local sera aussi établi et conservé dans une autre zone de mémoire. Eventuellement, et sur option de l'occupant, ce profil réel se substituera au profil entré. Cette auto-programmation pourra être spécifié une fois pour toutes et, dans ce cas, aucune consigne de profil d'utilisation n'aura à être entrée par l'utilisateur. La mise en mémoire du profil réellement observé se fera pour chacun des profils d'utilisation comme défini par le calendrier.
  • Les conditions météorologiques des dernières vingt-quatre heures sont conservées en mémoire. La température, l'ensoleillement (éclairement extérieur) et éventuellement le vent et l'humidité relative sont aussi mis en mémoire 1/4 heure par 1/4 heure, soit, avec deux chiffres pour chaque grandeur, 192 ou 384 chiffres nécessaires.
  • Les conditions météorologiques réellement observées seront utilisées pour déterminer les caractéristiques du local équipé de la « fenêtre active » : déperditions, inerties et facteur d'utilisation, selon l'orientation du soleil, des apports solaires. Le système n'autorisera qu'une variation lente des caractéristiques mémorisées, de façon à obtenir une bonne évaluation de celles-ci par répétition des déterminations.
  • Les conditions météorologiques des dernières vingt-quatre heures, supposées se reproduire durant les vingt-quatre heures suivantes, le profil prévu d'utilisation du local et les conditions intérieures désirées correspondantes, permettront d'anticiper, en fonction des caractéristiques du local, les ouvertures et fermetures des volets 4, stores, rideaux 11, commande de chauffage 13, d'aération 12, d'éclairage intérieur et éventuellement d'humidification. Un.calcul d'optimisation des coûts sera effectué pour permettre l'utilisation intelligente des apports gratuits et des énergies moins onéreuses (stockage de calories en utilisant l'inertie technique du local et les fourchettes de températures admises).
  • Cette optimisation permettra aussi bien, l'hiver, l'utilisation heureuse des différences de tarification de l'énergie, de la fermeture appropriée des volets 4 et rideaux 11 d'isolation thermique, de la récupération des calories de l'air vicié sortant par un échangeur avec l'air frais entrant que, l'été, le rafraîchissement du local par un ventilateur de nuit et la fermeture appropriée des stores et éventuellement des volets 4 pour se protéger du rayonnement solaire et de la température diurne extérieure excessive.
  • De plus, et selon des méthodes déjà connues, des corrections instantanées seront effectuées sur la température intérieure par ajustement de la puissance de chauffe (régulation thermique, thermostat), sur l'humidité intérieure, sur l'apport d'air frais et sur le positionnement des stores.
  • Enfin, l'ouverture et la fermeture des volets d'isolation thermique 4 et des Stores seront commandées, non seulement comme indiqué précédemment par la capacité d'anticipation du système, mais aussi par sa faculté d'adaptation aux conditions réellement observées : les modes d'utilisation et leurs contraintes de températures, d'éclairement et de vision dicteront en priorité les ouvertures ou fermetures des volets 4 et des rideaux avant la prise en compte des objectifs d'économie d'énergie.
  • En définitive, il est clair que l'invention permet d'économiser de l'énergie par une action automatique sur les flux d'énergie et d'éclairage qui traversent les façades des bâtiments ainsi que sur les apports d'énergie qui sont effectués à l'intérieur des locaux, en minimisant ces apports d'énergie ainsi que les pertes provoquées par l'aération des locaux.

Claims (6)

1. Elément de façade vitré, notamment fenêtre préfabriquée, comprenant, en combinaison avec un cadre entourant un vitrage de préférence double ou multiple, des moyens réglant les échanges thermiques et/ou le confort, dont des moyens d'occultation du vitrage, des capteurs pour des paramètres physiques influant sur les échanges thermiques et sur le confort des occupants du local devant être limité par cet élément de façade, et un ensemble électronique programmable sensible auxdits capteurs et agencé pour adresser des signaux de commande auxdits moyens réglant les échanges thermiques et/ou le confort, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend un microprocesseur, une mémoire et une horloge interne combinées audit microprocesseur, ledit ensemble incorporant un programme d'utilisation du local définissant la valeur désirée dans le temps de chacun des paramètres physiques programmés, ledit ensemble étant sensible aux signaux de sortie desdits capteurs pour, d'une part, mémoriser pendant une période relativement longue, les valeurs prises par les paramètres au moins pendant la veille du jour considéré et, d'autre part, utiliser la valeur actuelle des paramètres du jour considéré pour adresser des signaux de commande requis auxdits moyens réglant les échanges thermiques et/ou le confort, avec un effet d'anticipation tenant compte de l'inertie thermique du local.
2. Elément de façade selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend un organe promoteur d'échange d'air à travers cet élément, les capteurs et le microprocesseur étant alors agencés pour mettre cet organe en action ou hors d'action en fonction de la concentration en gaz nocifs tel que le gaz carbonique (C02) ou non respirables sur la face intérieure de l'élément de façade.
3. Elément de façade selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un au moins des capteurs de l'élément de façade est sensible à l'éclairement sur la face intérieure de cet élément, lequel possède des connexions électriques destinées à être reliées à l'installation d'éclairage du local devant être limité par cet élément de façade.
4. Elément de façade selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un au moins des capteurs est sensible à la température, l'élément de façade possédant alors des connexions électriques destinées à être reliées à l'installation de chauffage et/ou de refroidissement du local devant être limité par cet élément.
5. Elément de façade selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les valeurs des paramètres sont enregistrées et mémorisées plusieurs fois et de préférence quatre fois par heure.
6. Elément de façade selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble électronique programmable commande des moyens de chauffage et/ou de refroidissement et qu'il comporte des capteurs sensibles respectivement à la température intérieure, la température extérieure, la luminosité intérieure pour anticiper la commande des moyens de chauffage et/ou de refroidissement.
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