EP4242544A1 - Diffuseur d'air apte à générer une bulle de confort - Google Patents

Diffuseur d'air apte à générer une bulle de confort Download PDF

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EP4242544A1
EP4242544A1 EP23160312.7A EP23160312A EP4242544A1 EP 4242544 A1 EP4242544 A1 EP 4242544A1 EP 23160312 A EP23160312 A EP 23160312A EP 4242544 A1 EP4242544 A1 EP 4242544A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
zone
grid
blowing
suction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23160312.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul RIGNAC
Frederic CHIODI
Vivien LE CORRE
Frédéric TUVACHE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electricite de France SA
Original Assignee
Electricite de France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electricite de France SA filed Critical Electricite de France SA
Publication of EP4242544A1 publication Critical patent/EP4242544A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/082—Grilles, registers or guards
    • 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
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F24F13/06—Outlets for directing or distributing air into rooms or spaces, e.g. ceiling air diffuser
    • 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
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F24F13/06—Outlets for directing or distributing air into rooms or spaces, e.g. ceiling air diffuser
    • F24F2013/0616—Outlets that have intake openings

Definitions

  • This disclosure relates to the field of thermal comfort and air quality.
  • the present disclosure relates to an air diffuser, to an air conditioning and/or treatment system comprising such a diffuser and to a use of such a system for the conditioning and/or treatment of air. 'air.
  • Air-displacement air conditioning solutions are also known, which avoid air-conditioning the entire volume of a room, by having an action restricted to the occupancy volume (0 to 2 m in height in general). These solutions are particularly interesting for high-rise premises. But for large industrial premises (several thousand m2 ), air conditioning by displacement ultimately requires very high power, whereas in many cases there are only a few operators located on a few dozen workstations scattered throughout the area. the entire industrial premises.
  • the French patent FR2799534B1 describes a solution for producing and distributing cold air. This solution ultimately did not result in a finalized and marketed device, because the production of hot and cold required a complex heat exchanger to create mixing cold and hot water near an electrical source.
  • This disclosure improves the situation.
  • the air diffuser creates a comfort bubble where the blown air circulating in the first direction is air supplied to the comfort bubble, and where the sucked air circulating in the second direction is air evacuated from the comfort bubble.
  • the air diffuser is capable, depending on needs, of renewing the air in a reduced volume, for example of the order of a cubic meter, around a person with heated or cooled air, treated or untreated in air quality.
  • the porosity of the grid provides a uniform flow of the blown air leaving the blowing openings, independently of the temperature and quality of the blown air.
  • This uniform flow makes it possible to regulate the temperature and air speed in the comfort bubble in order to prevent the flow of blown air from locally reaching excessive temperatures and speeds, incompatible with the comfort of the person.
  • the proposed system solves the problem of ensuring, depending on needs, heating or air conditioning and/or improved air quality in a reduced volume for controlled energy output.
  • Such a system may for example comprise an air/air heat pump as an air blowing device and as an air suction device.
  • the air diffuser above may optionally include certain additional functions as defined below.
  • the grid can be quadrangular, for example square.
  • Such a shape, applicable to the grille as well as to the air diffuser as a whole, is compatible with the comfort requirements within the comfort bubble and also has the advantage of simplicity of manufacture.
  • the grid can have a dimension of between 50 cm and 150 cm, preferably between 70 cm and 90 cm.
  • Such dimensions are suitable for ensuring the comfort of a person.
  • the peripheral zone can be subdivided, relative to the central zone, into a proximal subzone and a distal subzone, the porosity of the grid in the proximal subzone being greater than the porosity of the grid in the distal subzone.
  • Increasing the porosity in the proximal sub-zone serves the objective of achieving homogenization of blown air over the entire grid, including the central zone.
  • the central zone being occupied by an suction opening and not a blowing opening, the flow of air blown through the central zone is zero.
  • Increasing the porosity in the proximal subzone makes it possible to compensate for this lack of flow through the central zone, by ensuring a faster flow of blown air near the center of the grid than at the edges of the grid.
  • the peripheral area of the grid may include a center of symmetry.
  • the specific configuration of the lower internal space makes it possible to delimit the comfort bubble using a curtain of blown air, forming an immaterial barrier, coming from the blowing slot, while ensuring an air return from inside the comfort bubble, this air intake being compatible with comfort requirements, through the suction slot.
  • the upper internal space may extend inside a housing comprising two opposite blowing vents connected to the plurality of blowing openings so as to form, in the upper internal space, an upper passage of blown air.
  • blowing vents Opposing the blowing vents makes it possible to partially homogenize the flow of the blown air even before it passes through the blowing openings.
  • the general principle of the invention is based on the inexpensive association of a conventional residential air/air heat pump (PAC) with an air diffuser adapted both to blow hot air and cold air, recycled air, fresh air or a mixture of both.
  • PAC residential air/air heat pump
  • the ingenuity of the invention lies at the level of the air diffuser, which includes both means of spatial homogenization of an air flow coming from the heat pump and means of air return. Together, these means help to create under the air diffuser, that is to say around for example a person located under the air diffuser, a bubble of comfort, in the form of an environment of of the order of one or two cubic meters which is comfortable in terms of heating, air conditioning, and/or air quality.
  • the invention finds numerous applications in particular in the field of indoor or outdoor air treatment and conditioning in low-wind conditions, in an industrial, tertiary or residential environment for example.
  • the structure of the diffuser gives it a compactness compatible with industrial constraints, the heat pump being able in particular to be housed above the diffuser.
  • the entire air conditioning or air quality system combining the diffuser with a heat pump can be mounted on mobile supports on casters, which allows the comfort bubble to be easily moved.
  • Such a system is also both simple to put into operation for a user and autonomous in this operation, requiring only a simple connection to an ordinary power outlet.
  • FIG 1 illustrates an air conditioning and/or treatment system.
  • the system comprises a conventional air/air heat pump, having an indoor unit 1 and an outdoor unit 2, connected by a refrigerant connection 3.
  • Connection 3 is typically flexible.
  • the system also includes an air diffuser 4 connected to the heat pump.
  • the dimensions of the air diffuser are linked to those of the atmosphere to be created around the person. These dimensions are chosen by a compromise between the heating or cooling power required and the needs of the person.
  • the other characteristics and arrangement of the diffuser are detailed below.
  • FIG. 1 represents the air diffuser mounted, with the indoor unit of the heat pump, on a support 5 positioned at height, above a space suitable for one person.
  • the support 5 is optionally mounted on casters 6, for example on locking casters.
  • the height of the support 5 is adjustable depending on the size of the person and their posture, for example in a standing or sitting position.
  • the exterior unit of the heat pump can be mounted on a separate support 7, also optionally mounted on casters 8, for example on locking casters.
  • a heat pump can be reversible or non-reversible.
  • An activatable functionality common to reversible and non-reversible heat pumps is to allow heating of the air in the vicinity of the indoor unit. This involves capturing energy through the outdoor unit to disseminate it by rejecting heated air at the indoor unit.
  • Only reversible heat pumps can also be used as air conditioners. To do this, they absorb energy through the indoor unit and radiate it to the outdoor unit. By this means, a reversible heat pump is able to reject cooled air at the indoor unit and provide a drop in temperature.
  • the heating or air conditioning power is typically of the order of kW, and is optionally adjustable.
  • the heat pump comprises at least one suction air inlet and at least one, for example two, blown air outlets.
  • Commercially available heat pumps already include means of activating the conditioned air.
  • the suction and blowing of air can, for example and in a known manner, be obtained passively, or on the contrary actively by means of fans. which can optionally be activated alone, independently of the heating or cooling function of the heat pump.
  • the system may also include, upstream, downstream or within the heat pump, one or more air treatment devices.
  • an air filtration device may be provided, such as a G3, G4, M5, M6, F7, F8, F9, EPA, HEPA, ULPA or ISO ePM1, ISO ePM2.5 or ISO ePM10 filter.
  • a bactericidal and/or germicidal or other device may also be provided, such as a UV-C light source which can be activated so as to disinfect the air to be injected.
  • the system as a whole is capable of conditioning and/or treating a flow of air to be diffused around a person, this air flow passing through the heat pump and any type of air treatment device. intended air.
  • the air circulation between the indoor unit 1 of the heat pump and the air diffuser 4 takes place in two branches.
  • the first branch 10 corresponds to the circulation of air extracted at the level of the air diffuser from an environment with a volume of the order of one or two cubic meters, around a person.
  • This extracted, recycled air is then conditioned in the indoor unit 1 of the heat pump.
  • This extracted air can also be treated as air quality upstream or downstream of its conditioning.
  • the second branch 11 corresponds to the circulation of the air thus conditioned, and optionally treated in air quality, towards the air diffuser 4 with a view to its diffusion into the person's environment.
  • the system causes only little incoming circulation of air coming from outside the system towards the person's environment, and only little outgoing circulation of air coming from the person's environment towards outside the system.
  • FIG. 3 shows another implementation of such a system supplied with all fresh air.
  • Air circulation occurs in three branches.
  • the first branch 12 brings air coming entirely from outside the system (for example outside air) to the indoor unit 1 of the heat pump.
  • This air is conditioned and/or treated to air quality then transported, by the second branch 13, to the air diffuser 4 where it is diffused into the person's environment.
  • the third branch 14 transports a flow of air extracted by the air diffuser 4 from the person's environment in order to reject it outside the system (for example with an additional extractor).
  • the air can undergo additional treatment before its blowing and before its rejection.
  • the implementation according to Figure 3 allows the air around the person to be continually renewed, which is particularly interesting in a context where they have to stay temporarily in a potentially polluted interior space.
  • the diffuser comprises a housing 40 in which a grid is mounted, for example in a substantially horizontal position.
  • the grid is for example metallic.
  • the thickness of the grid can for example be of the order of a few millimeters.
  • the grid rests for example at the bottom of the case, or a few millimeters or centimeters above the bottom of the case, or can constitute the underside of the case.
  • the grid delimits, within the air diffuser, an upper internal space which represents all or part of the internal space of the housing, and a lower internal space.
  • FIG. 4 An example of a structure suitable for forming the upper internal space of the air diffuser is shown on the Figure 4 .
  • the upper internal space 401 of the air diffuser is delimited by an upper internal wall of the housing, by internal side walls of the housing and by an upper wall of the grille.
  • a side face of the housing 40 is crossed, above the grid, by a suction mouth 41.
  • This suction mouth is connected, on one side, to the internal unit of the heat pump and the the other side has a central through opening 42 arranged in the grid.
  • This configuration is particularly interesting for the conditioning of low-height premises because it makes it possible to limit the total height of the assembly formed by the diffuser and the indoor unit of the heat pump to below one meter when it is located above above the diffuser.
  • Another configuration where the suction mouth would pass through not a side face but the upper face of the housing is not strictly excluded, but it has the disadvantage of less compactness in height. However, it is desirable to be able to use the system in low-height premises.
  • the housing and/or the air diffuser as a whole is of parallelepiped shape.
  • the housing is metallic, such a shape is particularly easy to achieve without cutting, by simple folding of metal sheets combined with welding, unlike a cylindrical or conical shape.
  • the grid is similar in shape to that of the lower face of the housing, that is to say in this case quadrangular, for example square.
  • At least one additional opening 43 is provided, in the upper internal space of the air diffuser, through one face of the housing.
  • This additional opening is an inlet of conditioned air and/or treated air quality from the heat pump.
  • This air, blown, is intended to be supplied, via openings arranged in a peripheral zone of the grille, in the lower internal space of the air diffuser, then in the environment of the person located under the air diffuser .
  • the internal wall of the suction mouth 41 forms an upper passage of air sucked through the opening of the central zone of the grille, and the internal walls of the housing form, together with the external wall of the suction mouth, an upper passage of air blown through the openings in the peripheral zone of the grille. These passages are therefore partitioned from each other.
  • this additional opening be arranged not in the upper face but in a side face of the housing.
  • the diffuser provides means of homogenizing the flow of blown air.
  • An example of such a means is to provide not just one but two additional opposite openings 43, 44.
  • Another possibility is to provide one or more internal walls of the housing, in the upper internal space 401 of the air diffuser, so as to guide, and thus help to homogenize, the air flow(s) arriving through the(s) additional openings.
  • the possibility mainly retained by the inventors was to structurally optimize the grid, by validating this optimization by 3D digital simulations of fluid mechanics and by thermal tests in the laboratory. More particularly, the number of openings arranged in the peripheral zone has been optimized as well as their diameter and their position, in order to homogenize at least one flow of blown air as it passes from the upper internal space of the diffuser. air towards the lower internal space of the air diffuser.
  • the grille 45 includes a central zone 46 which coincides with the central through opening for the suction of air from the person's environment.
  • the grid also includes, around the central zone, a peripheral zone 47 in which a plurality of openings 48 are arranged.
  • the grid is square, its central area is circular and has a diameter equal to approximately a quarter of the side of the grid.
  • the absolute and relative dimensions of the central zone and the peripheral zone are chosen according to a comfort criterion for a given suction flow rate and a given blowing flow rate.
  • the porosity of the peripheral zone of the grid is substantially uniform and between 15% and 60%, preferably between 20% and 40%, more preferably between 25% and 35%.
  • FIG. 6 corresponds to the grid of the Figure 5 whose peripheral zone is divided into quadrants 50, 51, 52, 53 whose borders are materialized by two axes 54, 55.
  • the porosity of the peripheral zone of the grid is said to be substantially uniform relative to an angular coordinate, the absolute difference in porosity from one quadrant to another is less than 15%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%.
  • the boundaries of the quadrants are also axes of symmetry of the grid, the quadrants are therefore identical and have the same porosity.
  • Three sub-zones thus have the shape of concentric rings of the same width named relative to the central opening.
  • the first subzone or proximal ring 56 is delimited by the circles C0 and C1
  • the second subzone or intermediate ring 57 is delimited by the circles C1 and C2
  • the third subzone or distal ring 58 is delimited by the circles C2 and C3.
  • a fourth sub-zone 59 is delimited, on one side, by the circle C3 and on the other side by the edges, in this case square, of the grid.
  • the porosity of the grid is said to be substantially homogeneous relative to a radial coordinate when at least two of the four sub-zones considered, preferably at least three of the four sub-zones considered, and more preferably the four sub-zones considered, each have a porosity included in an interval whose lower limit is greater than or equal to 15% and whose upper limit is less than or equal to 60%.
  • the lower limit of this interval is preferably greater than or equal to 20% and more preferably greater than or equal to 25%.
  • the upper limit of this interval is preferably less than or equal to 40% and more preferably less than or equal to 35%.
  • the porosity can be chosen higher in the proximal ring than in the other three sub-zones, while remaining within the limits specified previously, in order to compensate for the imposed absence of a blow opening in the central area.
  • Grid dimensions are now provided as specific examples of absolute and relative dimensions suitable for providing uniform flow of supply air combined with suction of air from the person's surroundings.
  • the dimension of the grid can be chosen for example between 500 and 1500 mm, and taken for example equal to 800 mm.
  • the relative dimension of the suction opening compared to that of the grid can be chosen for example in a range of 20% to 30%, and the absolute dimension of the suction opening can for example be equal to 200 mm.
  • the dimension of the blowing openings can be common or conversely different from one blowing opening to another: such a dimension can be chosen between 20 and 50 mm and can for example be taken equal to 30 mm.
  • the minimum distance between any two adjacent blow openings can be chosen greater than or equal to 10 mm, for example greater than or equal to 20 mm.
  • the maximum distance between any two adjacent blow openings can be chosen less than or equal to 50 mm, for example less than or equal to 40 mm.
  • the distance between the edge of the grille and the nearest blow openings can be chosen greater than or equal to 8 mm.
  • the distance between the central zone and the openings nearest blowing pipes can be chosen greater than or equal to 20 mm, for example greater than or equal to 30 mm.
  • the number of blowing openings can be chosen greater than or equal to 50, for example greater than or equal to 100, for example greater than or equal to 150, for example greater than or equal to 180, and less than or equal to 300, for example less or equal to 250, for example less than or equal to 200.
  • the lower space extends from the grid, shown here in side view, with the central zone 46 corresponding to the central suction opening and the peripheral zone 47 corresponding to the blowing openings.
  • a suction air passage shown on the figure 8 by a hatched pattern, connects the central zone 46 of the grid to a suction slot 66.
  • a blown air passage which forms a blowing mouth and is shown on the figure 8 by a dotted pattern, connects the peripheral zone 47 of the grid to a blowing slot 67.
  • the structure of the peripheral zone 47 of the grid has the effect of homogenizing the blown air in the blown air passage.
  • the blowing slot 67 is a peripheral slot of the air diffuser.
  • the blowing slot follows a first closed line which may be of any shape, for example round, oval or square, along the edge of the underside of the air diffuser.
  • the air flow blown by the blower creates a curtain of air from top to bottom which delimits a bubble of comfort around the person located under the air diffuser.
  • such an air curtain also constitutes a sort of immaterial barrier against possible pollutants.
  • the width of the blowing slot is chosen according to a target flow rate of blown air and a target speed of the air in the air curtain.
  • the suction slot 66 is a slot which also extends around the periphery of the lower face of the air diffuser, following a second closed line located inside the area delimited by the first closed line. The passage of sucked air thus creates an air flow from the bottom to the top of the comfort bubble which is delimited by the blowing air curtain.
  • the size, shape, relative position and width of the suction and blowing slots were validated by 3D fluid mechanics simulations and laboratory thermal tests. These simulations and tests revealed in particular that, for reasons of comfort, it was preferable to offset the suction slot towards the periphery rather than in the center of the lower face of the air diffuser. In other words, it is desirable to maximize the area delimited by the second closed line followed by the suction slot.
  • the width of the suction slot is greater than that of the blowing slot, for essentially two reasons.
  • One of these reasons is that the air speed at the person under the air diffuser is the speed of the air flow being drawn in. Therefore, the wider the suction slot, the more it is possible to obtain a significant flow of sucked air without requiring a significant air speed at the person's level, which contributes to the comfort provided.
  • the other reason is that at equal power and equal slot width, the efficiency of suction is less than that of blowing. Providing a suction slot wider than the blowing slot is therefore desirable to balance the flow of air blown towards the person's environment with the flow of air sucked in from the person's environment.
  • the performance of the air diffuser was qualified when combined with a commercially available reversible air/air heat pump, of the built-in mono split type, with 1 kW of power.
  • a heat pump only requires a socket conventional electric for its operation and, in this example, also includes means for moving the conditioned air and filtration means which make it possible to improve the quality of the conditioned air.
  • the heat pump is also equipped with two blower vents and a suction vent, these vents each being covered with an aluminum sheath which is insulated.
  • the air/air heat pump is connected, via the suction port, to the suction opening in the upper part of the air diffuser.
  • the air/air heat pump is also connected, via the two blower vents, to two additional opposite openings of the air diffuser.
  • a temperature measuring probe is positioned in return from the air diffuser, more specifically at a height corresponding to an expected position of a person's head under the air diffuser, so that the heat pump regulates its operation on the air felt in the vicinity of the person's head, the head being the most sensitive part of the body with regard to thermal discomfort.
  • the system thus described comprising the air/air heat pump combined with the diffuser, is therefore an integrated and ready-to-use air conditioning and treatment system.
  • the measured air flow speeds within the comfort bubble do not exceed 0.3 m/s, whatever the use, that is to say in air treatment alone or combined with heating or cooling.
  • a cooling of up to 4°C could be obtained at the level of the head of a person located under the air diffuser, and up to 2.5°C at the level of the body.
  • the measured values are closer to 3°C for the head and 1.5°C for the body. It is envisaged, based on this example, to further improve the heating performance by adding a heating mat and/or by adding a radiant heating device. Such additions are advantageous with a view to use in particularly cold premises.
  • air depollution in the comfort bubble is of the order of 25% at the level of the person's head, 24% at the level of the bust, and 21% at the level of the legs.
  • the heat pump is also used as a means of air conditioning, these values are unchanged.
  • the depollution of the air in the comfort bubble is slightly lower, of the order of 20% at the level of the person's head, 15% at level of the bust, and 6% at the level of the legs.
  • air quality it is understood that the most relevant values thus calculated are those obtained at head level.

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Abstract

L'invention porte sur un diffuseur d'air comportant une grille (45).La grille comprend une zone centrale (46) formée d'une ouverture d'aspiration, et une zone périphérique (47) s'étendant à partir de la zone centrale et comprenant des ouvertures de soufflage (48).Dans la zone périphérique, la porosité est sensiblement uniforme, comprise entre 15% et 60%.La grille est adaptée pour laisser simultanément passer un air soufflé, dans une première direction, à travers les ouvertures de soufflage, et un air aspiré, dans une deuxième direction opposée à la première direction, à travers l'ouverture d'aspiration.L'invention porte également sur un système de traitement et/ou de conditionnement d'air comprenant une telle grille et sur une utilisation d'un tel système pour former une atmosphère traitée en qualité d'air et/ou conditionnée dans un espace réduit.

Description

    Domaine technique
  • La présente divulgation relève du domaine du confort thermique et de la qualité d'air.
  • Plus particulièrement, la présente divulgation porte sur un diffuseur d'air, sur un système de conditionnement et/ou de traitement d'air comprenant un tel diffuseur et sur une utilisation d'un tel système pour le conditionnement et/ou le traitement de l'air.
    • Technique antérieure
  • De manière courante, dans le domaine du confort thermique, il existe des solutions techniques bien éprouvées pour le chauffage de postes de travail. La plus utilisée pour le chauffage localisé se fait par rayonnement au travers de radiants infrarouge. Ces appareils sont limités au seul chauffage.
  • On connaît également des solutions de climatisation par déplacement d'air, qui évitent de climatiser tout le volume d'un local, en ayant une action restreinte au volume d'occupation (de 0 à 2 m de hauteur en général). Ces solutions sont particulièrement intéressantes pour les locaux de grande hauteur. Mais pour de grands locaux industriels (plusieurs milliers de m2), la climatisation par déplacement demande au final de très grosses puissances, alors que dans bien des cas il n'y a que quelques opérateurs situés sur quelques dizaines de postes de travail disséminés dans tout le local industriel.
  • Les aspects théoriques pour générer un environnement climatisé autour d'une personne ont fait l'objet de diverses publications, en particulier :
    • "Thermal and dynamic study of a new concept of HVAC system using an annular air jet", F. Penot, Ph. Meyer, Air Distribution in Rooms: Ventilation for Health and sustainable environment, H.B. Awbi, Elsevier, 2000, vol. 1, p 657-662,
    • "Experimental Study of Non-Isothermal Diverging Swirling and Non-Swirling Annular Jets with Central Aspiration", F. Penot, M. D. Pavlović, International Journal of Ventilation, 2010, vol. 8, n°4, p347-357.
  • Le brevet français FR2799534B1 décrit une solution de production et de diffusion d'air froid. Cette solution n'a au final pas donné lieu à un appareil finalisé et commercialisé, car la production de chaud et de froid faisait appel à un échangeur de chaleur complexe à réaliser mixant eau froide et chaude à proximité d'une source électrique.
  • Il existe un besoin pour un dispositif apte à aller au-delà de la seule climatisation, c'est-à-dire apte, selon les besoins, à chauffer ou climatiser et/ou à améliorer la qualité de l'air dans un volume réduit, par exemple de l'ordre du mètre cube, autour d'une personne.
  • Ce problème de chauffage, de climatisation et de qualité d'air circonscrit à un volume réduit est bien connu : c'est un enjeu de la transition énergétique et de la maitrise des consommations énergétiques.
    • Résumé
  • La présente divulgation vient améliorer la situation.
  • Il est proposé un diffuseur d'air comportant une grille, la grille comprenant : une zone centrale formée d'une ouverture d'aspiration, et
    • une zone périphérique s'étendant à partir de la zone centrale, la zone périphérique comprenant une pluralité d'ouvertures de soufflage,
    • la grille ayant, dans la zone périphérique, une porosité sensiblement uniforme, comprise entre 15% et 60%, de préférence entre 20% et 40%, plus préférentiellement entre 25% et 35%,
    • la grille étant adaptée pour laisser simultanément passer un air soufflé, dans une première direction, à travers la pluralité d'ouvertures de soufflage, et un air aspiré, dans une deuxième direction opposée à la première direction, à travers l'ouverture d'aspiration.
  • De par la configuration spécifique de la grille, le diffuseur d'air permet de créer une bulle de confort où l'air soufflé circulant dans la première direction est un air apporté vers la bulle de confort, et où l'air aspiré circulant dans la deuxième direction est un air évacué de la bulle de confort.
  • De ce fait, le diffuseur d'air est apte, selon les besoins, à renouveler l'air dans un volume réduit, par exemple de l'ordre du mètre cube, autour d'une personne avec de l'air chauffé ou refroidi, traité ou non traité en qualité d'air.
  • La porosité de la grille procure un écoulement uniforme de l'air soufflé en sortie des ouvertures de soufflage, et ce indépendamment de la température et de la qualité de l'air soufflé.
  • Cet écoulement uniforme permet de réguler la température et la vitesse d'air dans la bulle de confort afin d'empêcher que le flux d'air soufflé atteigne localement des températures et des vitesses excessives, incompatibles avec le confort de la personne.
  • Il est également proposé un système de traitement et/ou de conditionnement d'air comprenant :
    • un tel diffuseur d'air,
    • un dispositif de soufflage d'air, configuré pour entretenir une circulation de l'air soufflé dans la première direction, et un dispositif d'aspiration d'air raccordé à l'ouverture d'aspiration, configuré pour entretenir une circulation de l'air aspiré dans la deuxième direction.
  • Grâce à la configuration spécifique du diffuseur d'air, le système proposé résout le problème d'assurer, en fonction des besoins, chauffage ou climatisation et/ou qualité d'air améliorée dans un volume réduit pour une puissance énergétique maîtrisée.
  • Un tel système peut par exemple comprendre une pompe à chaleur air/air en tant que dispositif de soufflage d'air et en tant que dispositif d'aspiration d'air.
  • Il est également proposé une utilisation d'un tel système pour former une atmosphère traitée en qualité d'air et/ou conditionnée dans un espace réduit, en particulier autour d'une personne.
  • Le diffuseur d'air ci-avant peut comprendre optionnellement certaines fonctions supplémentaires telles que définies ci-après.
  • Par exemple, la grille peut être quadrangulaire, par exemple carrée.
  • Une telle forme, applicable à la grille comme au diffuseur d'air dans son ensemble, est compatible avec les exigences de confort au sein de la bulle de confort et présente en outre l'avantage d'une simplicité de fabrication.
  • Par exemple, la grille peut avoir une dimension comprise entre 50 cm et 150 cm, de préférence entre 70 cm et 90 cm.
  • De telles dimensions conviennent pour assurer le confort d'une personne.
  • Par exemple, la zone périphérique peut être subdivisée, relativement à la zone centrale, en une sous-zone proximale et une sous-zone distale, la porosité de la grille dans la sous-zone proximale étant supérieure à la porosité de la grille dans la sous-zone distale.
  • Accroître la porosité dans la sous-zone proximale sert l'objectif d'aboutir à une homogénéisation d'air soufflé sur l'ensemble de la grille, zone centrale comprise. La zone centrale étant occupée par une ouverture d'aspiration et non de soufflage, le débit d'air soufflé à travers la zone centrale est nul. Accroître la porosité dans la sous-zone proximale permet de compenser cette absence de débit à travers la zone centrale, en assurant un débit plus rapide d'air soufflé à proximité du centre de la grille qu'au niveau des bords de la grille.
  • Par exemple, la zone périphérique de la grille peut comprendre un centre de symétrie.
  • Ceci permet d'homogénéiser l'écoulement de l'air soufflé sur le pourtour de la bulle de confort
  • Par exemple la grille peut être agencée, dans le diffuseur d'air, de manière à délimiter une frontière entre un espace interne supérieur et un espace interne inférieur s'étendant jusqu'à une face inférieure,
    • la face inférieure comprenant, en bordure, une fente de soufflage,
    • la face inférieure comprenant une fente d'aspiration circonscrite par la fente de soufflage,
    • la fente de soufflage étant raccordée à la pluralité d'ouvertures de soufflage de manière à former, dans l'espace interne inférieur, un passage inférieur d'air soufflé,
    • la fente d'aspiration étant raccordée à l'ouverture d'aspiration de manière à former, dans l'espace interne inférieur, un passage d'air aspiré cloisonné du passage inférieur d'air soufflé.
  • La configuration spécifique de l'espace interne inférieur permet de délimiter la bulle de confort à l'aide d'un rideau d'air soufflé, formant une barrière immatérielle, provenant de la fente de soufflage, tout en assurant une reprise d'air depuis l'intérieur de la bulle de confort, cette reprise d'air étant compatible avec les exigences de confort, à travers la fente d'aspiration.
  • Par exemple, l'espace interne supérieur peut s'étendre à l'intérieur d'un boîtier comprenant deux bouches de soufflage opposées raccordées à la pluralité d'ouvertures de soufflage de manière à former, dans l'espace interne supérieur, un passage supérieur d'air soufflé.
  • Opposer les bouches de soufflage permet d'homogénéiser en partie l'écoulement de l'air soufflé avant même son passage à travers les ouvertures de soufflage.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels :
    • Fig. 1
      [Fig. 1] illustre un système de conditionnement et/ou de traitement d'air dans un exemple de réalisation.
    • Fig. 2
      [Fig. 2] représente schématiquement un circuit de conditionnement et/ou de traitement d'air recyclé dans un exemple de réalisation.
    • Fig. 3
      [Fig. 3] représente schématiquement un circuit de renouvellement d'air, dans un exemple de réalisation.
    • Fig. 4
      [Fig. 4] illustre une partie supérieure d'un diffuseur d'air dans un exemple de réalisation.
    • Fig. 5
      [Fig. 5] illustre une grille pouvant être intégrée au diffuseur d'air de la figure 4.
    • Fig. 6
      [Fig. 6] illustre une division en quadrants de la zone périphérique grille de la figure 5 dans un exemple de réalisation.
    • Fig. 7
      [Fig. 7] illustre une division en sous-zones de la zone périphérique de la grille de la figure 5 dans un exemple de réalisation.
    • Fig. 8
      [Fig. 8] illustre une partie inférieure d'un diffuseur d'air dans un exemple de réalisation.
    Description des modes de réalisation
  • Les dessins et la description pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
  • Le principe général de l'invention repose sur l'association, peu coûteuse, d'une pompe à chaleur (PAC) air/air résidentielle classique avec un diffuseur d'air adapté aussi bien pour souffler de l'air chaud que de l'air froid, de l'air recyclé, de l'air neuf ou un mélange des deux.
  • L'ingéniosité de l'invention se situe au niveau du diffuseur d'air, qui comporte à la fois des moyens d'homogénéisation spatiale d'un flux d'air issu de la pompe à chaleur et des moyens de reprise d'air. Ensemble, ces moyens participent à créer sous le diffuseur d'air, c'est-à-dire autour par exemple d'une personne située sous le diffuseur d'air, une bulle de confort, sous la forme d'un environnement de l'ordre d'un ou deux mètres cubes qui soit confortable en chauffage, en climatisation, et/ou en qualité d'air.
  • On entend par environnement confortable un environnement remplissant un ou plusieurs des critères de confort suivants :
    • une vitesse d'air inférieure ou égale à 0,3 m/s,
    • une température comprise entre 19°C et 25°C en toute saison, et
    • une dépollution de l'air ambiant, relativement à au moins un polluant donné, d'au moins 10% et de préférence d'au moins 20%.
  • L'invention trouve de nombreuses applications en particulier dans le domaine du traitement et du conditionnement d'air en intérieur ou en extérieur dans des conditions peu ventées, en milieu industriel, tertiaire ou résidentiel par exemple.
  • En particulier, la structure du diffuseur lui confère une compacité compatible avec les contraintes industrielles, la pompe à chaleur pouvant notamment être logée au-dessus du diffuseur.
  • L'ensemble du système de conditionnement ou de qualité de l'air associant le diffuseur à une pompe à chaleur peut être monté sur supports mobiles à roulettes, ce qui permet de déplacer facilement la bulle de confort.
  • Un tel système est également à la fois simple à mettre en fonctionnement pour un utilisateur et autonome dans ce fonctionnement, ne nécessitant pour ce faire qu'un simple branchement à une prise de courant ordinaire.
  • Par ailleurs, le coût total d'un tel système reste maîtrisé, car le diffuseur est compatible avec toute pompe à chaleur air/air classiquement trouvée dans le marché résidentiel.
  • Dans la suite de la description, on s'attache à décrire en détails un exemple de mise en oeuvre de l'invention.
  • On se réfère à présent à la figure 1, qui illustre un système de conditionnement et/ou de traitement d'air. Le système comprend une pompe à chaleur air/air classique, ayant une unité intérieure 1 et une unité extérieure 2, raccordées par une liaison 3 de fluide frigorigène. La liaison 3 est typiquement flexible.
  • Le système comprend également un diffuseur d'air 4 raccordé à la pompe à chaleur. Les dimensions du diffuseur d'air sont liées à celles de l'atmosphère à créer autour de la personne. Ces dimensions sont choisies par un compromis entre la puissance de chauffage ou de climatisation requise et les besoins de la personne. Un diffuseur d'air ayant une surface dont l'ordre de grandeur est le mètre carré, par exemple un diffuseur d'air de forme carrée, ayant une longueur et une largeur de 1,5 m environ, convient pour la plupart des activités statiques. Les autres caractéristiques et l'agencement du diffuseur sont détaillées plus loin.
  • La figure 1 représente le diffuseur d'air monté, avec l'unité intérieure de la pompe à chaleur, sur un support 5 positionné en hauteur, au-dessus d'un espace convenant pour une personne. Le support 5 est optionnellement monté sur roulettes 6, par exemple sur roulettes bloquantes. Optionnellement, la hauteur du support 5 est réglable en fonction de la taille de la personne et de sa posture, par exemple en position debout ou assise. L'unité extérieure de la pompe à chaleur peut quant à elle être montée sur un support 7 distinct, lui aussi optionnellement monté sur roulettes 8, par exemple sur roulettes bloquantes.
  • Relativement au conditionnement de l'air, une pompe à chaleur peut être réversible ou non réversible. Une fonctionnalité activable commune aux pompes à chaleur réversibles et non réversibles est de permettre le chauffage de l'air au voisinage de l'unité intérieure. Il s'agit de capter de l'énergie à travers l'unité extérieure pour la diffuser en rejetant de l'air chauffé au niveau de l'unité intérieure. Seules les pompes à chaleur réversibles sont également utilisables comme climatiseurs. Pour ce faire, elles absorbent de l'énergie à travers l'unité intérieure et la diffusent au niveau de l'unité extérieure. Par ce biais, une pompe à chaleur réversible est en mesure de rejeter de l'air refroidi au niveau de l'unité intérieure et de procurer une baisse de température. La puissance de chauffage ou de climatisation est typiquement de l'ordre du kW, et est optionnellement réglable.
  • La pompe à chaleur comprend au moins une entrée d'air aspiré et au moins une, par exemple deux, sorties d'air soufflé. Les pompes à chaleur dans le commerce incluent déjà des moyens de mise en mouvement de l'air conditionné. L'aspiration et le soufflage de l'air peuvent, par exemple et de manière connue, être obtenus passivement, ou au contraire activement au moyen de ventilateurs qui peuvent optionnellement être activés seuls, indépendamment de la fonction de chauffage ou de climatisation de la pompe à chaleur.
  • Le système peut aussi comprendre, en amont, en aval ou au sein de la pompe à chaleur, un ou plusieurs dispositifs de traitement d'air. Par exemple, il peut être prévu un dispositif de filtration d'air, tel qu'un filtre G3, G4, M5, M6, F7, F8, F9, EPA, HEPA, ULPA ou ISO ePM1, ISO ePM2,5 ou ISO ePM10. Il peut également être prévu un dispositif bactéricide et/ou germicide ou autre, tel qu'une source de lumière UV-C activable de manière à désinfecter l'air à injecter. De manière générale, le système dans son ensemble est apte à conditionner et/ou à traiter un flux d'air à diffuser autour d'une personne, ce flux d'air traversant la pompe à chaleur et tout type de dispositif de traitement d'air prévu.
  • La figure 2 montre une implémentation d'un tel système pour conditionner et/ou traiter un flux d'air recyclé. La circulation d'air entre l'unité intérieure 1 de la pompe à chaleur et le diffuseur d'air 4 se fait selon deux branches. La première branche 10 correspond à la circulation d'un air extrait au niveau du diffuseur d'air depuis un environnement d'un volume de l'ordre d'un ou deux mètres cubes, autour d'une personne. Cet air extrait, recyclé, est ensuite conditionné au niveau de l'unité intérieure 1 de la pompe à chaleur. Cet air extrait peut aussi être traité en qualité d'air en amont ou en aval de son conditionnement. La deuxième branche 11 correspond à la circulation de l'air ainsi conditionné, et optionnellement traité en qualité d'air, vers le diffuseur d'air 4 en vue de sa diffusion dans l'environnement de la personne. Dans cette implémentation, le système n'occasionne que peu de circulation entrante d'air issu de l'extérieur du système vers l'environnement de la personne, et que peu de circulation sortante d'air issu de l'environnement de la personne vers l'extérieur du système.
  • La figure 3 montre une autre implémentation d'un tel système alimenté en tout air neuf. La circulation d'air se fait selon trois branches. La première branche 12 apporte de l'air issu entièrement de l'extérieur du système (par exemple de l'air extérieur) vers l'unité intérieure 1 de la pompe à chaleur. Cet air est conditionné et/ou traité en qualité d'air puis transporté, par la deuxième branche 13, vers le diffuseur d'air 4 où il est diffusé dans l'environnement de la personne. La troisième branche 14 transporte un flux d'air extrait par le diffuseur d'air 4 depuis l'environnement de la personne afin de le rejeter vers l'extérieur du système (par exemple avec un extracteur additionnel). Optionnellement, l'air peut subir un traitement complémentaire avant son soufflage et avant son rejet. L'implémentation selon la figure 3 permet de renouveler continuellement l'air autour de la personne, ce qui est particulièrement intéressant dans un contexte où celle-ci est amenée à rester de manière temporaire dans un espace intérieur potentiellement pollué.
  • Un exemple de structure convenant pour un diffuseur utilisable aussi bien en chauffage qu'en climatisation, et aussi bien dans l'implémentation de la figure 2 et dans celle de la figure 3, est à présent détaillé.
  • Dans cet exemple, le diffuseur comprend un boîtier 40 dans lequel est monté une grille, en position par exemple sensiblement horizontale. La grille est par exemple métallique. L'épaisseur de la grille peut être par exemple de l'ordre de quelques millimètres. La grille repose par exemple au fond du boîtier, ou quelques millimètres ou centimètres au-dessus du fond du boîtier, ou peut constituer la face inférieure du boîtier. La grille, délimite, au sein du diffuseur d'air, un espace interne supérieur qui représente tout ou partie de l'espace intérieur du boîtier, et un espace interne inférieur.
  • Un exemple de structure convenant pour former l'espace interne supérieur du diffuseur d'air est représenté sur la figure 4.
  • Dans cet exemple, l'espace interne supérieur 401 du diffuseur d'air est délimité par une paroi interne supérieure du boîtier, par des parois internes latérales du boîtier et par une paroi supérieure de la grille.
  • Une face latérale du boîtier 40 est traversée, au-dessus de la grille, par une bouche d'aspiration 41. Cette bouche d'aspiration est raccordée, d'un côté, à l'unité intérieure de la pompe à chaleur et de l'autre côté à une ouverture traversante centrale 42 aménagée dans la grille. Cette configuration est particulièrement intéressante pour le conditionnement de locaux de faible hauteur car elle permet de limiter en-deçà du mètre la hauteur totale de l'ensemble formé du diffuseur et de l'unité intérieure de la pompe à chaleur quand elle est située au-dessus du diffuseur. Une autre configuration où la bouche d'aspiration traverserait non pas une face latérale mais la face supérieure du boîtier n'est pas strictement exclue, mais elle présente le désavantage d'une moindre compacité en hauteur. Or il est souhaitable de pouvoir utiliser le système dans des locaux de faible hauteur.
  • Avantageusement, le boîtier et/ou le diffuseur d'air dans son ensemble est de forme parallélépipédique. Lorsque le boîtier est métallique, une telle forme est particulièrement facile à réaliser sans découpe, par un simple pliage de feuilles métalliques combiné à des soudures, contrairement à une forme cylindrique ou conique. La grille est de forme similaire à celle de la face inférieure du boîtier, c'est-à-dire en l'espèce quadrangulaire, par exemple carrée.
  • Au moins une ouverture supplémentaire 43 est aménagée, dans l'espace interne supérieur du diffuseur d'air, à travers une face du boîtier. Cette ouverture supplémentaire est une entrée d'air conditionné et/ou traité en qualité d'air issu de la pompe à chaleur. Cet air, soufflé, est destiné à être fourni, via des ouvertures aménagées dans une zone périphérique de la grille, dans l'espace interne inférieur du diffuseur d'air, puis dans l'environnement de la personne située sous le diffuseur d'air.
  • Ainsi, dans l'espace interne supérieur du diffuseur d'air, la paroi interne de la bouche d'aspiration 41 forme un passage supérieur d'air aspiré à travers l'ouverture de la zone centrale de la grille, et les parois internes du boîtier forment, conjointement avec la paroi externe de la bouche d'aspiration, un passage supérieur d'air soufflé à travers les ouvertures de la zone périphérique de la grille. Ces passages sont donc cloisonnés l'un par rapport à l'autre.
  • Pour la raison déjà spécifiée d'une compacité verticale du système, il est souhaitable que cette ouverture supplémentaire soit aménagée non pas dans la face supérieure mais dans une face latérale du boîtier. Néanmoins, pour que l'air soufflé permette de créer une atmosphère remplissant le critère de confort en matière de température et de vitesse d'air, il est également impératif que le diffuseur prévoie des moyens d'homogénéisation du flux d'air soufflé. Un exemple d'un tel moyen est de prévoir non pas une seule mais deux ouvertures supplémentaires opposées 43, 44.
  • Des simulations numériques ont confirmé que deux flux d'air arrivant par deux ouvertures supplémentaires opposées aménagées dans des faces latérales d'un boîtier de section carrée se mélangent pour former un flux d'air partiellement homogénéisé. L'homogénéisation saurait difficilement être satisfaisante de par la seule présence de ces deux ouvertures de soufflage opposées. Une raison est que l'espace interne supérieur du diffuseur d'air n'est pas vide mais comprend, au moins, une portion de la bouche d'aspiration.
  • Une autre possibilité est de prévoir une ou plusieurs parois internes au boîtier, dans l'espace interne supérieur 401 du diffuseur d'air, de manière à guider, et ainsi contribuer à homogénéiser, le ou les flux d'air arrivant par la ou les ouvertures supplémentaires.
  • La possibilité principalement retenue par les inventeurs a été d'optimiser structurellement la grille, en validant cette optimisation par des simulations numériques 3D de mécanique des fluides et par des essais thermiques en laboratoire. Plus particulièrement, le nombre d'ouvertures aménagées dans la zone périphérique a été optimisé ainsi que leur diamètre et leur position, aux fins d'homogénéiser au moins un flux d'air soufflé lors de son passage depuis l'espace interne supérieur du diffuseur d'air vers l'espace interne inférieur du diffuseur d'air.
  • Il est à présent fait référence à un exemple de structure convenant pour la grille, tel que représenté en vue de dessus sur la figure 5.
  • La grille 45 comprend une zone centrale 46 qui coïncide avec l'ouverture centrale traversante pour l'aspiration d'air depuis l'environnement de la personne. La grille comprend également, autour de la zone centrale, une zone périphérique 47 dans laquelle sont aménagées une pluralité d'ouvertures 48.
  • Dans cet exemple particulier, la grille est carrée, sa zone centrale est circulaire et a un diamètre égal à environ le quart du côté de la grille. De manière générale, les dimensions absolues et relatives de la zone centrale et de la zone périphérique sont choisies en fonction d'un critère de confort pour un débit d'aspiration et un débit de soufflage donnés.
  • La porosité de la zone périphérique de la grille, définie comme le rapport de la surface totale des ouvertures 48 qui sont aménagées dans la zone périphérique sur la surface totale de la zone périphérique, est sensiblement uniforme et comprise entre 15% et 60%, de préférence entre 20% et 40%, plus préférentiellement entre 25% et 35%.
  • La notion d'uniformité de la porosité est à présent définie par référence aux figures 6 et 7 : cette uniformité peut être considérée relativement à une coordonnée angulaire et/ou relativement à une coordonnée radiale.
  • La figure 6 correspond à la grille de la figure 5 dont la zone périphérique est divisée en quadrants 50, 51, 52, 53 dont les frontières sont matérialisées par deux axes 54, 55. De manière générale, la porosité de la zone périphérique de la grille est dite sensiblement uniforme relativement à une coordonnée angulaire, la différence absolue de porosité d'un quadrant à l'autre est inférieure à 15%, de préférence inférieure à 10%, plus préférentiellement inférieure à 5%. En l'espèce, dans l'exemple de la figure 6, les frontières des quadrants sont également des axes de symétrie de la grille, les quadrants sont donc identiques et ont la même porosité.
  • La figure 7 correspond à la grille de la figure 5 dont la zone périphérique est divisée en quatre sous-zones à la manière de poupées russes ou des couches d'un oignon. Les frontières de ces sous-zones sont matérialisées par trois cercles concentriques C1, C2, C3 de rayons respectifs d1, d2 et d3, telles que :
    • d3 désigne le rayon du cercle inscrit à la grille, et
    • d3-d2 = d2-d1 = d1-d0,
    • où d0 désigne le rayon d'un cercle C0, concentrique aux cercles C1, C2 et C3, englobant la zone centrale et tangent intérieurement à la zone centrale.
  • Trois sous-zones ont ainsi la forme d'anneaux concentriques de même largeur nommés relativement à l'ouverture centrale. La première sous-zone ou anneau proximal 56 est délimitée par les cercles C0 et C1, la deuxième sous-zone ou anneau intermédiaire 57 est délimitée par les cercles C1 et C2 et la troisième sous-zone ou anneau distal 58 est délimité par les cercles C2 et C3. Enfin, dans cet exemple où la grille n'est pas circulaire, une quatrième sous-zone 59 est délimitée, d'un côté, par le cercle C3 et de l'autre côté par les bords, en l'occurrence carrés, de la grille.
  • La porosité de la grille est dite sensiblement homogène relativement à une coordonnée radiale lorsqu'au moins deux des quatre sous-zones considérées, de préférence au moins trois des quatre sous-zones considérées, et plus préférentiellement les quatre sous-zones considérées, ont chacune une porosité comprise dans un intervalle dont la borne inférieure est supérieure ou égale à 15% et dont la borne supérieure est inférieure ou égale à 60%. La borne inférieure de cet intervalle est de préférence supérieure ou égale à 20% et plus préférentiellement supérieure ou égale à 25%. La borne supérieure de cet intervalle est de préférence inférieure ou égale à 40% et plus préférentiellement inférieure ou égale à 35%.
  • Optionnellement, la porosité peut être choisie plus élevée dans l'anneau proximal que dans les trois autres sous-zones, tout en restant dans les bornes spécifiées précédemment, ce de manière à compenser l'absence, imposée, d'ouverture de soufflage dans la zone centrale.
  • Des cotes de la grille sont à présent fournies à titre d'exemples particuliers de dimensions absolues et relatives convenant pour procurer un écoulement uniforme de l'air soufflé combiné à une aspiration d'air depuis l'environnement de la personne.
  • La dimension de la grille peut être choisie par exemple entre 500 et 1500 mm, et prise par exemple égale à 800 mm. La dimension relative de l'ouverture d'aspiration par rapport à celle de la grille peut être choisie par exemple dans un intervalle de 20% à 30%, et la dimension absolue de l'ouverture d'aspiration peut par exemple être égale à 200 mm. La dimension des ouvertures de soufflage peut être commune ou à l'inverse différente d'une ouverture de soufflage à une autre : une telle dimension peut être choisie entre 20 et 50 mm et peut par exemple être prise égale à 30 mm. La distance minimale entre deux ouvertures de soufflage adjacentes quelconques peut être choisie supérieure ou égale à 10 mm, par exemple supérieure ou égale à 20 mm. La distance maximale entre deux ouvertures de soufflage adjacentes quelconques peut être choisie inférieure ou égale à 50 mm, par exemple inférieure ou égale à 40 mm. La distance entre le bord de la grille et les ouvertures de soufflage les plus proches peut être choisie supérieure ou égale à 8 mm. La distance entre la zone centrale et les ouvertures de soufflage les plus proches peut être choisie supérieure ou égale à 20 mm, par exemple supérieure ou égale à 30 mm. Le nombre d'ouvertures de soufflage peut être choisi supérieur ou égal à 50, par exemple supérieur ou égal à 100, par exemple supérieur ou égal à 150, par exemple supérieur ou égal à 180, et inférieur ou égal à 300, par exemple inférieur ou égal à 250, par exemple inférieur ou égal à 200.
  • Il est à présent fait référence à un exemple de structure convenant pour former l'espace inférieur 402 du diffuseur d'air, comme illustré sur la figure 8.
  • L'espace inférieur s'étend à partir de la grille, représentée ici en vue de côté, avec la zone centrale 46 correspondant à l'ouverture d'aspiration centrale et la zone périphérique 47 correspondant aux ouvertures de soufflage.
  • Dans l'espace inférieur, un passage d'air aspiré, représenté sur la figure 8 par un motif hachuré, raccorde la zone centrale 46 de la grille jusqu'à une fente d'aspiration 66. Toujours dans l'espace inférieur, un passage d'air soufflé, qui forme une bouche de soufflage et est représenté sur la figure 8 par un motif pointillé, raccorde la zone périphérique 47 de la grille jusqu'à une fente de soufflage 67. Ces passages d'air sont cloisonnés l'un par rapport à l'autre.
  • Comme déjà indiqué, la structure de la zone périphérique 47 de la grille a pour effet d'homogénéiser l'air soufflé dans le passage d'air soufflé.
  • La fente de soufflage 67 est une fente périphérique du diffuseur d'air. La fente de soufflage suit une première ligne fermée qui peut être de forme quelconque, par exemple, ronde, ovale ou carrée, le long du bord de la face inférieure du diffuseur d'air. Ainsi, le flux d'air soufflé par la bouche de soufflage crée un rideau d'air de haut en bas qui délimite une bulle de confort autour de la personne située sous le diffuseur d'air. Dans un circuit alimenté en tout air neuf, un tel rideau d'air constitue par ailleurs une sorte de barrière immatérielle vis-à-vis d'éventuels polluants. La largeur de la fente de soufflage est choisie en fonction d'un débit cible d'air soufflé et d'une vitesse cible de l'air dans le rideau d'air.
  • La fente d'aspiration 66 est une fente qui s'étend elle aussi en périphérie de la face inférieure du diffuseur d'air, en suivant une deuxième ligne fermée située à l'intérieur de l'aire délimitée par la première ligne fermée. Le passage d'air aspiré crée ainsi un flux d'air du bas vers le haut de la bulle de confort qui est délimitée par le rideau d'air de soufflage. La taille, la forme, la position relative et la largeur des fentes d'aspiration et de soufflage ont été validées par des simulations 3D de mécanique des fluides et par des essais thermiques en laboratoire. Ces simulations et essais ont notamment révélé que, pour des raisons de confort, il était préférable de déporter la fente d'aspiration vers la périphérie plutôt qu'au centre de la face inférieure du diffuseur d'air. En d'autres termes, il est souhaitable de maximiser l'aire délimitée par la deuxième ligne fermée suivie par la fente d'aspiration.
  • A titre d'exemples de cotes,
    • la face inférieure du diffuseur d'air peut être de forme carrée avec un bord de longueur d'environ 1,5 m,
    • la fente de soufflage peut être elle aussi de forme carrée, le long des bords de la face inférieure du diffuseur d'air et de largeur comprise entre 8 et 15 mm, par exemple 11 mm, et
    • la fente d'aspiration peut s'étendre autour d'une ligne fermée ayant la forme d'un carré de côté d'environ 1,3 m, 1,4 m ou plus et de largeur comprise entre 30 et 60 mm, par exemple 40 mm.
  • Il a également été révélé qu'il est préférable que la largeur de la fente d'aspiration soit supérieure à celle de la fente de soufflage, pour essentiellement deux raisons. L'une de ces raisons est que la vitesse de l'air au niveau de la personne située sous le diffuseur d'air est la vitesse du flux d'air aspiré. Donc plus la fente d'aspiration est large, plus il est possible d'obtenir un débit d'air aspiré important sans requérir une vitesse d'air importante au niveau de la personne, ce qui participe au confort procuré. L'autre raison est qu'à puissance égale et à largeur de fente égale, l'efficacité de l'aspiration est moindre que celle du soufflage. Prévoir une fente d'aspiration plus large que la fente de soufflage est donc souhaitable pour équilibrer le débit d'air soufflé vers l'environnement de la personne avec le débit d'air aspiré depuis l'environnement de la personne.
  • Les performances du diffuseur d'air ont été qualifiées lorsque combiné à une pompe à chaleur air/air réversible du commerce, de type mono split encastrable, ayant 1 kW de puissance. Une telle pompe à chaleur ne nécessite qu'une prise électrique classique pour son fonctionnement et, dans cet exemple, comporte aussi des moyens de mise en mouvement de l'air conditionné et des moyens de filtration qui permettent d'améliorer la qualité de l'air conditionné.
  • Dans cet exemple, la pompe à chaleur est également équipée de deux bouches de soufflage et d'une bouche d'aspiration, ces bouches étant chacune gainée d'une gaine en aluminium qui est isolée. La pompe à chaleur air/air est reliée, par la bouche d'aspiration, à l'ouverture d'aspiration en partie supérieure du diffuseur d'air. La pompe à chaleur air/air est également reliée, par les deux bouches de soufflage, à deux ouvertures supplémentaires opposées du diffuseur d'air.
  • Une sonde de mesure de température est positionnée en reprise du diffuseur d'air, plus spécifiquement à une hauteur correspondant à une position attendue de la tête d'une personne sous le diffuseur d'air, ce afin que la pompe à chaleur régule son fonctionnement sur l'air ressenti au voisinage de la tête de la personne, la tête étant la partie la plus sensible du corps vis-à-vis de l'inconfort thermique.
  • Le système ainsi décrit, comportant la pompe à chaleur air/air combinée au diffuseur, est donc un système de conditionnement et de traitement d'air intégré et prêt à l'emploi.
  • Les vitesses, mesurées, de flux d'air au sein de la bulle de confort ne dépassent pas 0,3 m/s, quelle que soit l'utilisation, c'est-à-dire en traitement d'air seul ou combiné à un chauffage ou à un rafraîchissement.
  • Un rafraîchissement atteignant 4°C a pu être obtenu au niveau de la tête d'une personne située sous le diffuseur d'air, et jusqu'à 2,5°C au niveau du corps.
  • En chauffage, les valeurs mesurées sont plus proches de 3°C pour la tête et de 1,5°C pour le corps. Il est envisagé, partant de cet exemple, d'améliorer davantage les performances en chauffage en rajoutant un tapis chauffant et/ou en rajoutant un dispositif de chauffage par rayonnement. De tels ajouts sont avantageux dans l'optique d'une utilisation dans des locaux particulièrement froids.
  • La dépollution de l'air dans l'environnement de la personne, dans un circuit alimenté en tout air neuf, a été évaluée par des modélisations en considérant comme polluant de l'éthanol gazeux.
  • Lorsque la pompe à chaleur est utilisée exclusivement comme moyen de renouvellement d'air dans la bulle de confort par de l'air traité en qualité d'air, sans y adjoindre de fonction activée de chauffage ni de climatisation, la dépollution de l'air dans la bulle de confort est de l'ordre de 25% au niveau de la tête de la personne, de 24% au niveau du buste, et de 21% au niveau des jambes. Lorsque la pompe à chaleur est utilisée en outre comme moyen de climatisation, ces valeurs sont inchangées. Lorsque la pompe à chaleur est utilisée en revanche comme moyen de chauffage, la dépollution de l'air dans la bulle de confort est légèrement plus faible, de l'ordre de 20% au niveau de la tête de la personne, de 15% au niveau du buste, et de 6% au niveau des jambes. S'agissant de qualité d'air, il est entendu que les valeurs les plus pertinentes ainsi calculées sont celles obtenues au niveau de la tête.
  • Lorsque le système de conditionnement et de traitement d'air est appliqué au chauffage de postes de travail isolés au sein d'un bâtiment, les économies d'énergie peuvent aller jusqu'à 75% relativement à des systèmes connus de chauffage global du bâtiment (pour tout le volume).

Claims (10)

  1. Diffuseur d'air comportant une grille (45), la grille comprenant :
    une zone centrale (46) formée d'une ouverture d'aspiration, et
    une zone périphérique (47) s'étendant à partir de la zone centrale, la zone périphérique comprenant une pluralité d'ouvertures (48) de soufflage,
    la grille ayant, dans la zone périphérique, une porosité sensiblement uniforme, comprise entre 15% et 60%, de préférence entre 20% et 40%, plus préférentiellement entre 25% et 35%,
    la grille étant adaptée pour laisser simultanément passer un air soufflé, dans une première direction, à travers la pluralité d'ouvertures de soufflage, et un air aspiré, dans une deuxième direction opposée à la première direction, à travers l'ouverture d'aspiration.
  2. Diffuseur d'air selon la revendication 1, dans lequel la grille est quadrangulaire, par exemple carrée.
  3. Diffuseur d'air selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la grille a une dimension comprise entre 50 cm et 150 cm, de préférence entre 70 cm et 90 cm.
  4. Diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la zone périphérique est subdivisée, relativement à la zone centrale, en une sous-zone proximale et une sous-zone distale, la porosité de la grille dans la sous-zone proximale étant supérieure à la porosité de la grille dans la sous-zone distale.
  5. Diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la zone périphérique de la grille comprend un centre de symétrie.
  6. Diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la grille est agencée, dans le diffuseur d'air, de manière à délimiter une frontière entre un espace interne supérieur (401) et un espace interne inférieur (402) s'étendant jusqu'à une face inférieure,
    la face inférieure comprenant, en bordure, une fente de soufflage (67),
    la face inférieure comprenant une fente d'aspiration (66) circonscrite par la fente de soufflage,
    la fente de soufflage étant raccordée à la pluralité d'ouvertures de soufflage de manière à former, dans l'espace interne inférieur, un passage inférieur d'air soufflé,
    la fente d'aspiration étant raccordée à l'ouverture d'aspiration de manière à former, dans l'espace interne inférieur, un passage d'air aspiré cloisonné du passage inférieur d'air soufflé.
  7. Diffuseur d'air selon la revendication 6, l'espace interne supérieur s'étendant à l'intérieur d'un boîtier (40) comprenant deux bouches de soufflage opposées raccordées à la pluralité d'ouvertures de soufflage de manière à former, dans l'espace interne supérieur, un passage supérieur d'air soufflé.
  8. Système de traitement et/ou de conditionnement d'air comprenant :
    - un diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 à 7,
    - un dispositif de soufflage d'air configuré pour entretenir une circulation de l'air soufflé dans la première direction,
    - un dispositif d'aspiration d'air raccordé à l'ouverture d'aspiration, configuré pour entretenir une circulation de l'air aspiré dans la deuxième direction.
  9. Système selon la revendication 8, comprenant une pompe à chaleur air/air en tant que dispositif d'aspiration d'air, en tant que dispositif de soufflage d'air et, optionnellement, en tant que dispositif de filtration d'air.
  10. Utilisation d'un système selon la revendication 8 ou 9 pour former une atmosphère traitée en qualité d'air et/ou conditionnée dans un espace réduit, en particulier autour d'une personne.
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