EP0329498B1 - Dispositif de mise en mouvement de l'air dans une gaine - Google Patents

Dispositif de mise en mouvement de l'air dans une gaine Download PDF

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EP0329498B1
EP0329498B1 EP89400206A EP89400206A EP0329498B1 EP 0329498 B1 EP0329498 B1 EP 0329498B1 EP 89400206 A EP89400206 A EP 89400206A EP 89400206 A EP89400206 A EP 89400206A EP 0329498 B1 EP0329498 B1 EP 0329498B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/26—Arrangements for air-circulation by means of induction, e.g. by fluid coupling or thermal effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L17/00—Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
    • F23L17/16—Induction apparatus, e.g. steam jet, acting on combustion products beyond the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/04—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation
    • F24F7/06—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit

Definitions

  • the present invention relates to the setting in motion of air or more generally of fluid in relatively tight ducts, by a low flow of air or of fluid blown or pulsed at high speed in the center of the duct in the desired direction of circulation. .
  • Patent DE-C-9 630 describes a device for activating the ventilation of a duct using high-speed air jets.
  • the device described in DE-C-9 630 is composed of a collective air extraction duct made up of collective extract air ducts open to the outside, and a medium pressure air network comprising a fan, a network of horizontal and vertical ducts of small sections.
  • the medium pressure air is blown in the center of the collective duct of extracted air in the direction of extraction, by an activation tube bolted to the circuit.
  • the invention relates to the movement of air or more generally of a fluid, in relatively tight sheaths, by a low flow of air or of fluid blown or pulsed at high speed, in the center of the sheath, in the desired direction of movement.
  • the present application proposes a device for activating the ventilation of an air extraction duct according to claim 1.
  • the type of natural ventilation activated has the great advantage of no longer being dangerous when individual gas boilers are connected to the ventilation duct: if the fan stops, there is always the thermal draft, while with the VMC there is no technically reliable solution found to date, despite the fatal accidents that have occurred.
  • FIG. 4 is an example of a corrosive fluid delivery, here in the case of a condensing boiler.
  • the air is extracted by traditional extraction ducts by collective ducts (1).
  • a stick (2) having at its end a nozzle (3) which is thus placed in the center of the sheath.
  • This stick is connected to a small diameter pipe (4) which is pricked, by set of stumps, on the roof pipe (5) by a barrel (6).
  • the roof pipe is connected to a vertical sheath (7) passing through an empty duct.
  • This vertical pipe is connected to a horizontal pipe (8) in the basement, the latter going to the medium pressure fan (9) placed in the substation or in the boiler room.
  • This fan is controlled by a regulator (1O) acting according to the hours and atmospheric conditions.
  • the superimposed collective conduits are made of rolled metal (1).
  • the primary duct is cut by a metal shutter (11), movable around an off-center horizontal axis (12). In the horizontal position, the flap is applied hermetically to a metal crown (13).
  • the displacement of the superimposed flaps is achieved by a metal rod (14) connected to each flap near the end opposite to the axis, and thus making the entire height of the duct, that is to say as many floors as building. This rod is operated from the roof or the basement.
  • the cleaning of the duct is thus carried out over the entire height, all at once, for example using a special vacuum cleaner.
  • the extraction is activated by a tube (15) screwed onto the wall of the last duct, curved towards the outlet.
  • the air-conditioning supply network (16) is accelerated in places by activation tubes (15) passing through and bolted to the network (16), having as always nozzles (3) at their ends. , and connected to the medium pressure air pipe (5) and controlled by valves (17).
  • These activation tubes can be placed either a little far before an obstacle (exchanger, ...) creating high pressure drops, or after.
  • an activation tube can be placed to accelerate the flow in this duct, if it is in the direction of the network (18) or to stop the air flow, and even reverse the flow direction of air, if he is placed in the opposite direction (19).
  • a "venturi" (2O) can be placed in front of the nozzle.
  • FIG. 4 On the smoke duct (21) of a condensing boiler (22) is placed an activation tube (3) connected to a medium pressure fan (9) taking the air outside or in the boiler room.

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Description

  • La présente invention concerne la mise en mouvement de l'air ou plus généralement de fluide dans des gaines relativement étanches, par un faible débit d'air ou de fluide soufflé ou pulsé à grande vitesse au centre de la gaine dans le sens de circulation désiré.
  • Il existe déjà des ventilations traditionnelles dans lesquelles le mouvemnt de l'air se fait par des ventilateurs motorisés placés dans la veine d'air, c'est-à-dire que tout l'air en mouvement traverse le ventilateur. Ces ventilateurs sont hélicoïdes ou centrifuges.
  • C'est sur ce principe que sont réalisées :
    • la ventilation mécanique contrôlées (VMC), qui permet l'extraction mécanique de l'air vicié dans les salles humides (toilettes, salles de bains, cuisines) des logements ou des bâtiments tertiaires ou industriels,
    • la climatisation qui permet de souffler de l'air chaud ou froid, suivant les besoins climatiques, dans des locaux.
  • De même, il existe déjà l'utilisation de jets d'air à grande vitesse :
    • dans les éjecto-convecteurs, où de l'air soufflé à grande vitesse, après une batterie de climatisation d'un convecteur, permet à un débit nettement plus important d'air recyclé dans le local de traverser la batterie, grâce à la dépression créée derrière les buses d'air soufflé à grande vitesse,
    • dans le brassage de l'air ambiant dans les grands locaux, par des jets d'air climatisé et à grande vitesse.
  • Le brevet DE-C-9 630 décrit un dispositif d'activation de la ventilation d'une gaine à l'aide de jets d'air à grande vitesse.
  • Le dispositif décrit dans DE-C-9 630 est composé d'une gaine collective d'extraction de l'air composé de conduits collectifs d'air extrait ouverts sur l'extérieur, et d'un réseau d'air à moyenne pression comprenant un ventilateur, un réseau de gaines horizontales et verticales de faibles sections. L'air moyenne pression est soufflé au centre du conduit collectif d'air extrait dans le sens de l'extraction, par un tube d'activation boulonné sur le circuit.
  • L'invention concerne la mise en mouvement de l'air ou plus généralement d'un fluide, dans des gaines relativement étanches, par un faible débit d'air ou de fluide soufflé ou pulsé à grande vitesse, au centre de la gaine, dans le sens du mouvement désiré. La présente demande propose un dispositif d'activation de la ventilation d'une gaine d'extraction d'air selon la revendication 1.
  • Il est ainsi possible de maîtriser la vitesse de l'air ou du fluide dans la gaine à tout endroit, disséminant ainsi la force motrice suivant les besoins, contrôlant mieux les pertes de charges, les hauteurs manométriques et les niveaux acoustiques.
  • L'invention concerne, lorsque le fluide est de l'air :
    • dans la construction neuve et ancienne :
      • . l'extraction de l'air, le plus souvent pollué,
      • . le soufflage de l'air, le plus souvent climatisé.
    • dans l'industrie :
      • . l'aspiration ou le refoulement de fluides dangereux ou corrosifs ou à haute température, acceptant le mélange d'un fluide neutre en faible proportion mais qui le met en mouvement car il est éjecté à grande vitesse.
  • Le plus souvent, suivant les formes et les pertes de charge du réseau, le débit d'air ou de fluide entrainé dans la gaine est 5 à 1O fois celui de l'air ou du fluide soufflé ou pulsé à grande vitesse. On dit que l'effet multiplicateur est de 5 à 1O.
    * Par exemple, dans l'habitat ancien ayant des conduits collectifs comme ventilation haute, il est possible de réaliser une ventilation dite "ventilation naturelle activée" composée de :
    • un ventilateur à moyenne et haute pression, le plus souvent 1OO à 3OO mm de colonne d'eau suffisent, est placé soit en terrasse mais le plus souvent en sous-sol, de préférence en chaufferie ou en sous-station, ce qui en facilite l'entretien.
    • un réseau constitué de gaine ou tuyau de faible diamètre (∅ 1OO à 2OO mm environ) en PVC, polyéthylène ou autre matériau, va du ventilateur à chaque bâtiment en sous-sol ou en galerie.
    • à chaque bâtiment une gaine verticale, peu utilisée,permet de faire monter le réseau jusque sur la terrasse.
    • sur la terrasse, le réseau est posé sur l'étanchéité, accroché éventuellement au pied de quelques souches.
    • par groupement de souche de ventilation un "barillet" réalisé sur un branchement de gaine ou éventuellement directement sur la gaine principale, permet d'alimenter les canalisations de faible section, ∅ 2O à 5O mm, souples ou rigides allant à chaque souche.
    • au bout de chacune des canalisations est fixée une crosse rigide (en métal ou en plastique de 1 à 2 m de long environ) qui est glissée dans le conduit de ventilation par le sommet de la souche, le plus souvent sans avoir à démonter le chapeau de celle-ci.
    • au bout de la crosse se trouve une buse réglable permettant d'équilibrer le réseau. L'air est soufflé, par exemple à une vitesse de 2O à 3O m/seconde ; au centre du conduit (2O x 2O cm par exemple) le jet d'air a tendance à se coller rapidement vers les parois du conduit et donc à très bien balayer la surface de celui-ci. Il se crée une dépression en amont du jet d'air qui augmente d'autant le débit d'air extrait naturellement par tirage thermique. De plus, les buses seront telles qu'à faible débit d'air soufflé, cet air soit soufflé latéralement, ralentissant ainsi le débit de la ventilation naturelle par tirage thermique. En effet, dans les ventilations naturelles par conduits collectifs le débit d'air extrait est d'autant plus important qu'il fait plus froid dehors. D'où un débit trop fort par grand froid, d'autant plus que l'air neuf est très peu chargé de vapeur d'eau. Il est donc souhaitable de pouvoir ralentir le débit de ventilation naturelle par grand froid et de pouvoir l'activer pendant les autres saisons.

    Ces buses souffleraient latéralement :
    • soit parce qu'à faible débit, la réaction du jet sur les parois latérales du conduit sera plus faible et que la buse articulée à sa base aura tendance à s'incliner par son propre poids.
    • soit par action sur un petit clapet ou volet intérieur à la buse et commandée électriquement ou par air sous pression. Par régulation et programmation la ventilation serait activée quelques heures par jour suivant les besoins et les saisons, en fonction de la température extérieure, de la vitesse du vent, de l'ensoleillement, du degré d'humidité...
  • Ainsi, le débit d'air neuf dans les constructions anciennes pourra être maîtrisé et largement diminué par rapport à celui qui existe actuellement, ce qui permettra de notables économies d'énergies. De plus, le confort pourra ainsi être augmenté et les risques de condensation, surtout en demi-saison, disparaîtront.
  • Enfin, le type de ventilation naturelle activée a le grand avantage de ne plus être dangereuse lorsque des chaudières individuelles à gaz sont branchées sur le conduit de ventilation : si le ventilateur s'arrête, il reste toujours le tirage thermique, tandis qu'avec les VMC il n'y a pas de solution techniquement fiable trouvée à ce jour, malgré les accidents mortels intervenus.
  • De plus, les conditions d'entretien devraient être nettement moins onéreuses qu'avec une VMC.
    * Par exemple dans les extractions dans le cadre de construction neuve ou d'extraction neuve :
    • la gaine d'extraction peut être comme actuellement, réalisée par une seule gaine principale, la perte de charge des bouches étant assez importante pour équilibrer les débits. Cette conception est meilleure que celle avec une VMC actuelle car la perte de charge du ventilateur est enlevée. Cependant, il n'est pas totalement sûr, dans ce cas, que le tirage thermique soit toujours suffisant pour empêcher le refoulement des fumées de chaudières à gaz.
    • la gaine d'extraction est réalisée en béton, terre cuite ou en métal sous le principe d'un réseau de conduits collectifs (primaire) : chaque bouche donne sur une gaine verticale d'un étage débouchant sur une gaine secondaire de quatre étages, par exemple, cette dernière pouvant déboucher sur une gaine tertiaire, pouvant aller jusqu'à seize étages, par exemple, et recevant tous les quatre étages l'extrémité d'une gaine secondaire et ainsi de suite.
    • les gaines primaires peuvent être les unes sur les autres formant qu'une seule gaine ayant des coupures par étage.
    • les gaines secondaires peuvent être les une sur les autres, formant qu'une seule gaine ayant des coupures tous les quatre étages, etc...
    • ces coupures peuvent être fixes comme actuellement. Mais pour des raisons de facilité de fabrication et de nettoyage, les coupures pourraient être mobiles autour d'un point ou d'un axe, s'ouvrant toutes ensemble ou séparément grâce à des tiges, câbles faisant toute la longueur de la gaine ou par commande électrique ou pneumatique.
      Chaque coupure serait réalisée par une plaque, qui fermée permet une assez bonne étanchéité à l'air entre deux gaines verticales.

    L'air extrait serait activé en partie haute de la gaine terminale par jet d'air soufflé à grande vitesse vers l'extérieur à partir :
    • d'une crosse glissée comme dans la construction ancienne à partir du sommet de la gaine.
    • de tube d'activation, traversant la gaine terminale à partir de boulonnage prévu à cet effet, et courbé vers la sortie. L'air peut être activé à différents niveaux dans les gaines primaires, secondaires, et terminales par des jets d'air soufflé à grande vitesse à partir de tubes traversant la paroi de la gaine par boulonnage, et courbés vers la sortie, le réseau d'air à haute pression étant le plus souvent à l'extérieur des gaines. Ainsi il est possible d'obtenir les pressions statiques et dynamiques désirés le long des gaines et d'avoir ainsi des gaines plus légères qu'actuellement.

    * Par exemple dans un réseau de soufflage d'air climatisé :
    L'air pourrait être mis en mouvement, en amont ou en aval, de chaque élément du réseau principal provoquant des pertes de charges importantes, par un jet d'air soufflé à grande vitesse dans le sens de circulation désirée. Ce jet proviendrait d'un tube d'activation traversant la gaine, courbé dans le sens de la circulation de l'air, et relié à un tuyau d'air à haute ou moyenne pression suivant la gaine principale. Ainsi la pression statique + dynamique dans la gaine principale pourrait être contrôlée en tout point, et par exemple, être faible. Il est ainsi possible de régler à volonté dans chaque partie du réseau d'air climatisé, le sens de l'air, et son débit, en jouant sur le débit d'air du seul réseau moyenne pression, à travers des tubes d'activation de faible section traversant la gaine du réseau d'air principal, et bien placés, grâce à des vannes petites, nettement plus étanches, fiables et moins chères que les volets d'air classiques, d'un type se rapprochant des vannes hydrauliques.
    * Par exemple dans les chaudières à condensation où les fumées saturées d'eau seraient refoulées dehors par soufflage à grande vitesse d'air après l'échangeur, ce qui permettrait de vaincre les pertes de charge de l'échangeur, de diminuer le taux d'humidité des fumées, sans risque de corrosion comme actuellement avec les ventilateurs tournants dans les fumées.
  • L'invention sera explicitée de façon purement indicative au cours de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés :
    • La figure 1 est un exemple de "ventilation naturelle activée" dans une construction ancienne ayant une ventilation haute d'extraction par conduits collectifs.
    • La figure 2 est un exemple de "ventilation naturelle activée" dans une construction neuve avec des gaines d'extraction shunt superposées.
    • La figure 3 est un exemple de soufflage d'air climatisé.
  • La figure 4 est un exemple de refoulement de fluide corrosif, ici dans le cas de chaudière à condensation.
  • A la figure 1, l'air est extrait par des gaines d'extraction traditionnelles par conduits collectifs (1). Au sommet de la gaine est glissée une crosse (2) ayant à son extrémité une buse (3) qui est ainsi placée au centre de la gaine. Cette crosse est reliée à une canalisation de faible diamètre (4) qui est piquée, par ensemble de souches, sur la canalisation en toiture (5) par un barillet (6). La canalisation en toiture est reliée à une gaine verticale (7) passant par un conduit vide. Cette canalisation verticale est reliée à une canalisation horizontale (8) en sous-sol, celle-ci allant au ventilateur (9) moyenne pression placé en sous-station ou en chaufferie. Ce ventilateur est commandé par un régulateur (1O) agissant en fonction des heures et des conditions atmosphériques.
  • A la figure 2, les conduits collectifs superposés sont en métal enroulé (1). A chaque étage, le conduit primaire est coupé par un volet métallique (11), mobile autour d'un axe horizontal décentré (12). En position horizontale, le volet s'applique hermétiquement sur une couronne métallique (13). Le déplacement des volets superposés est réalisé par une tige métallique (14) reliée à chaque volet près de l'extrémité opposée à l'axe, et faisant ainsi toute la hauteur du conduit, c'est-à-dire autant d'étage que le bâtiment. Cette tige est manoeuvrée de la toiture ou du sous-sol. Le nettoyage du conduit se fait ainsi sur toute la hauteur, en une seule fois, par exemple grâce à un aspirateur spécial. L'extraction est activée par un tube (15) vissé sur la paroi du dernier conduit, courbé vers la sortie.
  • A la figure 3, le réseau de soufflage d'air climatisé (16) est accéléré par endroit par des tubes d'activation (15) traversant et boulonné sur le réseau (16), ayant comme toujours des buses (3) à leur extrémité, et reliées à la canalisation (5) d'air moyenne pression et commandées par des vannes (17). Ces tubes d'activation peuvent être placés soit un peu loin avant un obstacle (échangeur, ...) créant de fortes pertes de charge, soit après. Sur des gaines de dérivation, un tube d'activation peut être placé pour accélérer le débit dans cette gaine, s'il est dans le sens du réseau (18) ou pour arrêter le débit d'air, et même inverser le sens du débit d'air, s'il est placé orienté en sens inverse (19). Eventuellement, pour augmenter l'autorité d'un tube d'activation, un "venturi" (2O) peut être placé devant la buse.
  • A la figure 4, sur le conduit de fumée (21) d'une chaudière à condensation (22) est placé un tube d'activation (3) relié à un ventilateur moyenne pression (9) prenant l'air à l'extérieur ou en chaufferie.

Claims (4)

1.- Dispositif d'activation de la ventilation d'une gaine d'extraction d'air, composé de conduits collectifs (1,16) d'air extrait ouverts sur l'extérieur, et d'un réseau d'air à moyenne pression comprenant un ventilateur (9) et un réseau de gaines horizontales et verticales (5, 7, 8) de faible section, l'air moyenne pression étant soufflé au centre du conduit collectif (1,16) d'air extrait, à travers une buse (3), caractérisé en ce que la buse (3) d'air soufflé à moyenne pression est telle qu'elle puisse souffler l'air soit dans l'axe du conduit (1,16) pour augmenter le débit d'air extrait soit latéralement pour le ralentir, des moyens de commande assurant le passage du soufflage axial à un soufflage latéral.
2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande sont des moyens électriques ou pneumatiques agissant sur un volet intérieur de la buse.
3.- Dispositif selon la revendication 1, caractrisé en ce que la buse est montée articulée à sa base, les moyens de commande étant des moyens de réduction de débit d'air soufflé provoquant l'inclinaison de la buse autour de son articulation sous l'effet de son poids.
4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau d'air moyenne pression (4, 5, 6, 7, 8) est réalisé en polychlorure de vinyl, polyéthylène ou autres produits de synthèse.
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