FR2954969A1

FR2954969A1 - Procede et dispositif de regulation de temperature a l'interieur d'un batiment d'habitation

Info

Publication number: FR2954969A1
Application number: FR1000026A
Authority: FR
Inventors: Edouard Serras
Original assignee: Individual
Current assignee: Tech Ingenierie SARL
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2011-07-08
Anticipated expiration: 2030-01-05
Also published as: WO2011083257A1; US20130040551A1; FR2954970B3; FR2954969B1; FR2954970A3; EP2521883A1

Abstract

Procédé et dispositif de régulation de la température dans un bâtiment d'habitation à murs microporeux (10) et à isolation thermique extérieure (12), par circulation d'air extérieur dans un espace (14) ménagé entre un mur (10) et son isolation thermique (12) en fonction de l'hygrométrie de l'air extérieur et du chauffage ou du refroidissement du mur (10) entre des valeurs minimales et maximales de la température de surface du mur mesurées au moyen de capteurs (30, 30') montés dans l'espace (14) et/ou dans le mur (10).

Description

Procédé et dispositif de régulation de température à l'intérieur d'un bâtiment d'habitation

L'invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de la 5 température dans un bâtiment d'habitation comprenant des murs à structure microporeuse et une isolation thermique extérieure. II est connu, en particulier par le document FR 2417726-A1, de réaliser des constructions d'habitation avec une isolation thermique extérieure qui ménage un espace intermédiaire entre l'isolation et les murs, 10 et de faire circuler de l'air extérieur chauffé ou refroidi dans cet espace intermédiaire pour chauffer ou refroidir les murs, selon les cas, l'air extérieur étant chauffé ou refroidi par des moyens de chauffage ou de refroidissement d'un type classique et les murs en contact avec cet air faisant office de parois rayonnantes pour chauffer ou refroidir l'intérieur de 15 la construction. Cette technique connue n'est toutefois pas très efficace et ne permet pas de réguler la température dans un bâtiment d'habitation en réalisant une importante économie d'énergie. On connaît également, par la demande PCT/FR2009/000834 du 20 déposant, un procédé et un dispositif de régulation de la température à l'intérieur d'un bâtiment à isolation thermique extérieure et dont les murs sont à structure microporeuse, la régulation de température se faisant par mesure ou estimation de la température de l'air extérieur et de son hygrométrie, ainsi que de leurs variations pendant la journée et la nuit au 25 cours des saisons, et par détermination des périodes du jour et de la nuit pendant lesquelles la circulation d'air extérieur dans l'espace intermédiaire ménagé entre l'isolation thermique et un mur permet au mieux de refroidir ou de réchauffer le mur en fonction des besoins, en tenant compte de l'hygrométrie de l'air extérieur et de celle de l'air dans le bâtiment au 30 contact du mur microporeux et des variations de température et d'humidité du mur microporeux.

Cette technique permet de chauffer ou de refroidir les murs d'un bâtiment d'habitation par circulation d'air extérieur qui n'est pas passé auparavant dans un moyen de chauffage ou de refroidissement classique, ce qui permet de réduire fortement la consommation d'énergie nécessaire à la régulation de la température à l'intérieur du bâtiment. La présente invention a notamment pour but de perfectionner cette technique et d'augmenter les économies d'énergie qu'elle procure. Elle propose à cet effet un procédé de régulation de la température dans un bâtiment d'habitation à murs microporeux et à isolation thermique extérieure, ce bâtiment comprenant des espaces de circulation d'air extérieur ménagés entre les murs et leur isolation thermique, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les périodes où l'on fait circuler de l'air extérieur dans un espace précité entre un mur et son isolation thermique en fonction de l'hygrométrie de l'air extérieur et des variations de température de surface du mur et/ou à l'intérieur du mur. L'invention est basée sur le fait que l'adsorption d'humidité sous forme de vapeur d'eau par le mur se traduit par une élévation de la température du mur, cette adsorption se poursuivant tant que le mur n'est pas saturé en vapeur d'eau.

On peut donc, par exemple en hiver, faire circuler dans l'espace entre le mur microporeux et son isolation thermique, de l'air extérieur froid à hygrométrie élevée dont l'humidité est adsorbée par la surface du mur, ce qui réchauffe le mur, arrêter cette circulation d'air quand la température de surface du mur atteint une valeur maximale correspondant à une saturation de surface en vapeur d'eau et refaire circuler de l'air extérieur à hygrométrie élevée dans cet espace quand la température de surface du mur a diminué jusqu'à une valeur minimale, cette diminution étant due à la diffusion de la vapeur d'eau à l'intérieur du mur. On peut également, par exemple en été, faire circuler dans l'espace précité de l'air extérieur chaud à hygrométrie relativement faible pour absorber la vapeur d'eau contenue dans le mur microporeux et ainsi refroidir le mur, arrêter cette circulation d'air extérieur quand la température de surface du mur atteint une valeur minimale et refaire circuler de l'air extérieur à hygrométrie faible dans l'espace précité quand la température de surface du mur microporeux a augmenté jusqu'à une valeur maximale, par diffusion de vapeur d'eau et transfert thermique de l'intérieur vers l'extérieur à travers le mur. Avantageusement, ce procédé consiste également à calculer l'hygrométrie de l'air extérieur à partir de sa température sèche, de la date et de l'heure.

On évite ainsi d'utiliser des sondes de mesure d'humidité relative qui sont extrêmement coûteuses, qui ont une durée de vie relativement faible et qui sont très sensibles aux problèmes de pollutions qui dégradent fortement leur précision. L'invention propose également un dispositif de régulation de la température à l'intérieur d'un bâtiment d'habitation à murs microporeux et à isolation thermique extérieure, ce bâtiment comprenant des espaces de circulation d'air extérieur ménagés entre des murs microporeux et leur isolation thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande de la circulation d'air extérieur dans lesdits espaces, ces moyens de commande recevant en entrée des mesures des températures des murs microporeux pour commander la circulation d'air extérieur dans l'espace ménagé entre un mur microporeux et son isolation thermique en fonction des variations de température du mur microporeux et de l'hygrométrie de l'air extérieur.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend des moyens de mesure instantanée de la température de surface des murs microporeux. Avantageusement, ces moyens de mesure de la température des murs microporeux comprennent des capteurs à infrarouge.

De préférence, les moyens de mesure de la température des murs microporeux sont montés dans les espaces précités en regard de la surface extérieure des murs, en particulier aux extrémités inférieures et supérieures de ces espaces. On peut également monter des barrette de capteurs de température dans des trous percés dans les murs sur sensiblement toute leur épaisseur pour mesurer en permanence les températures dans les mur et suivre leur évolution. Cela permet de commander directement le dispositif de régulation de température selon l'invention sans devoir définir au préalable les caractéristiques hygrométriques et de comportement thermique des matériaux des murs.

Des ventilateurs peuvent être prévus si nécessaire pour faire circuler l'air extérieur dans les espaces précités, ces ventilateurs étant montés soit aux extrémités supérieures, soit aux extrémités inférieures de ces espaces. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, des moyens d'admission d'air extérieur sont montés à une extrémité inférieure (ou supérieure) des espaces précités et comprennent des tubes horizontaux dont une extrémité longitudinale comporte un moyen de réglage de la section d'entrée d'air, par exemple un diaphragme, ces tubes comprenant des orifices de sortie d'air répartis sur leur longueur. Lorsque la hauteur de l'espace précité est suffisante, l'air extérieur 20 peut y circuler par convection naturelle sans qu'il soit nécessaire d'utiliser les ventilateurs précités. De façon générale, l'invention permet de réduire d'au moins 85% l'énergie consommée pour la régulation thermique de l'intérieur d'un bâtiment d'habitation. 25 En pratique, le dispositif selon l'invention peut être combiné à un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) à double flux, comprenant des moyens de chauffage d'appoint de faible puissance (quelques kilowatts) en fonction des dimensions du bâtiment, de son implantation géographique et de son exposition. 30 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un bâtiment d'habitation selon l'invention ; La figure 2 est une vue schématique de dessus d'un dispositif d'admission d'air extérieur ; La figure 3 est un graphe représentant les variations de température sèche et d'humidité relative de l'air extérieur pendant une journée d'été. On se réfère d'abord à la figure 1, qui représente schématiquement une partie d'un bâtiment d'habitation selon l'invention, ce bâtiment comprenant des murs extérieurs 10 à structure microporeuse, qui sont équipés d'une isolation thermique extérieure 12 ménageant avec la face extérieure de murs 10 des espaces 14 dans lesquels on peut faire circuler de l'air extérieur, c'est-à-dire de l'air prélevé à l'extérieur du bâtiment.

Les murs 10 à structure microporeuse sont réalisés par exemple de façon classique à l'aide de produits courants tels que des briques, des pierres, des parpaings, etc.... L'isolation thermique 12 qui est rapportée sur la face extérieure des murs 10 est d'un type quelconque approprié et est posée de façon à ménager avec les murs 10 les espaces 14, qui ont une épaisseur de quelques centimètres et qui s'étendent sur toute la surface des murs 10, de préférence. Des moyens 16 d'admission d'air et 18 de sortie d'air sont prévus aux extrémités inférieures et supérieures des espaces 14, les moyens 16 d'admission d'air comportant par exemple un tube horizontal 20 qui s'étend sur toute la longueur d'un espace 14 et qui est percé d'une rangée d'orifices 22 répartis sur sa longueur comme représenté en figure 2. Une extrémité 24 du tube est fermée tandis que son autre extrémité est équipée d'un moyen commandé 26 de réglage de la section d'entrée de l'air dans le tube 20, ce moyen 26 étant par exemple du type à diaphragme circulaire.

Un ventilateur 28 peut être monté ou raccordé à cette extrémité du tube 20, pour l'alimenter en air extérieur à travers le moyen 26 de réglage de la section d'entrée. De même, le moyen 18 de sortie d'air prévu à l'extrémité supérieure de l'espace 14 peut comprendre un tube perforé 20 semblable à celui représenté en figure 2, une extrémité de ce tube étant fermée et son autre extrémité étant reliée à une bouche de sortie d'air. On peut équiper ce moyen 18 de sortie d'air d'un ventilateur d'aspiration, qui remplacera le ventilateur 28 équipant le moyen 16 d'entrée 10 d'air ou renforcera l'action de ce ventilateur 28. En variante, l'air extérieur peut circuler par convection naturelle dans l'espace 14, les ventilateurs n'étant pas alimentés. Au moins un capteur de température 30 est monté dans l'espace intermédiaire 14 pour mesurer la température de la surface extérieure du 15 mur 10. De préférence, le capteur de température 30 permet une mesure instantanée de la température et est avantageusement du type infrarouge. II est alors monté sur la face 32 de l'isolation thermique 12, pour se trouver en regard de la surface extérieure du mur 10. 20 Dans l'exemple de réalisation représenté en figure 1, l'espace 14 de circulation d'air extérieur est équipé de deux capteurs de température 30, l'un à l'extrémité inférieure de cet espace et l'autre à son extrémité supérieure, ce qui permet de mesurer la différence de température du mur entre son extrémité inférieure et son extrémité supérieure. 25 En variante ou de façon complémentaire, on peut monter dans des trous horizontaux des murs 10, par exemple aux extrémités supérieures et inférieures des espaces 14, des barrettes linéaires 30' de capteurs de température pour mesurer les températures et leurs variations dans l'épaisseur des murs, ces capteurs étant de préférence du type infrarouge 30 et répartis le long de l'épaisseur des murs, en étant séparés d'une distance d'un à deux centimètres par exemple.

Le ou les capteurs de température 30, 30' sont reliés à des entrées d'un circuit de commande 34 qui va régler les sections d'entrée des tubes 20 et le fonctionnement des ventilateurs 28 pour faire circuler de l'air extérieur sur la surface extérieure d'un mur 10 ou de plusieurs murs 10 du bâtiment en fonction de l'hygrométrie de l'air extérieur et de la variation dans le temps de la température ou des températures du mur ou des murs 10. L'hygrométrie ou humidité relative de l'air extérieur n'est pas mesurée directement pour les raisons indiquées plus haut, les sondes connues de mesure d'hygrométrie étant extrêmement coûteuses, sensibles à la pollution de l'air et ayant une durée de vie relativement faible. Il est possible de déterminer cette hygrométrie par le calcul, pour une date et une heure données. On sait en effet que l'humidité absolue de l'air ambiant ne varie pas de façon mesurable au cours d'une journée et qu'elle varie de façon quasi sinusoïdale pendant l'année autour d'une valeur moyenne égale à 0,0072 kg d'eau/kg d'air sec ambiant avec une valeur maximale de 0,01 kg d'eau/kg d'air sec ambiant et une valeur minimale égale à 0,004 kg/d'eau/kg d'air sec ambiant (ces valeurs étant mesurées en été dans le centre de la France). Le degré hygrométrique de l'air (ou humidité relative de l'air) est donné par le rapport entre la pression de vapeur de l'air et la pression de vapeur saturante à la température sèche de l'air et peut être calculé en fonction de l'humidité absolue de l'air, de la pression atmosphérique et de la pression de vapeur saturante par une formule du type w. Po/(a+w). Pvs où w est l'humidité absolue de l'air, Po est la pression atmosphérique, a est une constante et Pvs est la pression de vapeur saturante, qui est une fonction connue de la température sèche de l'air.

On peut ainsi, à une date et à une heure données, calculer le degré hygrométrique de l'air à partir de la mesure de la température sèche de l'air et d'informations enregistrées en mémoire sur les variations saisonnières de l'humidité absolue de l'air dans la région où est construit un bâtiment d'habitation. Comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 3, le degré hygrométrique de l'air E et la température sèche T de l'air varient de façon contraire au cours d'une journée, les courbes de la figure 3 étant prises au cours d'une journée d'été où la température varie entre une valeur minimale de 15 degrés à 5 heures du matin et une valeur maximale de 27 degrés à 15 heures, l'humidité relative de l'air variant entre 0,9 environ à 5 heures du matin et 0,45 vers 15 heures. Si l'on suppose par exemple que, pendant l'hiver, la température de l'air extérieur est de 5°C et que son degré hygrométrique E est de 90%, la circulation de l'air extérieur dans l'espace 14 sur la surface extérieure du mur 10 va se traduire par une adsorption de vapeur d'eau par la surface extérieure du mur tant que cette surface n'est pas saturée en vapeur d'eau. Cette adsorption de vapeur d'eau par la surface du mur 10 se traduit par une élévation de sa température, qui augmente par exemple de 20°C à 23°C, la température de 23°C étant atteinte quand la surface du mur 10 est saturée en vapeur d'eau. La vapeur d'eau passe ensuite dans les capillaires de l'intérieur du mur et la chaleur de la surface du mur est diffusée à l'intérieur du mur. Lorsque la température en surface du mur 10 a atteint 23°C et commence à diminuer, on arrête la circulation de l'air extérieur dans l'espace 14. On constate alors un refroidissement du mur 10, dont la chaleur est absorbée progressivement par l'intérieur du bâtiment. Lorsque la température du mur 10 a diminué à 20°C, on recommence à faire circuler de l'air extérieur à hygrométrie élevée dans l'espace 14, jusqu'à remonter la température de surface du mur aux environs de 23°C.

C'est pendant les heures de la nuit, lorsque le degré hygrométrique de l'air extérieur est le plus élevé, que l'on fera circuler l'air extérieur dans l'espace 14 pour réchauffer le mur 10, en hiver. Inversement, en été, lorsqu'il faut abaisser la température du mur 10, on commande la circulation d'air extérieur dans l'espace 14 pendant les heures chaudes de la journée lorsque le degré hygrométrique de l'air extérieur est le plus faible. La circulation de l'air extérieur sur la surface extérieure du mur 10 provoque alors une désorption de vapeur d'eau par la surface du mur 10, ce qui se traduit par un abaissement de sa température et donc par une diminution de la température du mur et à l'intérieur du bâtiment. La température de la surface extérieure du mur 10 peut ainsi, par exemple, passer de 23°C à 20°C. On arrête alors la circulation de l'air extérieur dans l'espace 14, jusqu'à ce que la température de surface du mur 10 ait remonté à 23°C par exemple, et l'on recommence alors à faire circuler de l'air extérieur dans l'espace 14. Dans les cas décrits ci-dessus, la vitesse de circulation de l'air extérieur dans un espace 14 est réglée à une valeur relativement faible, par exemple de l'ordre de 0,5m/s, ce qui correspond approximativement à la vitesse de l'air en convection naturelle. Dans un climat chaud et humide, on peut procéder de la façon suivante pour refroidir un mur 10 : pendant la nuit, lorsque l'air extérieur est à une température minimale, par exemple de l'ordre de 20°C, on le fait circuler dans l'espace 14 à vitesse élevée. Cela se traduit au début par une petite élévation de température du mur 10 qui adsorbe de la vapeur d'eau, puis par un refroidissement du mur 10 au contact de l'air extérieur qui circule en continu sur le mur. On peut ainsi faire baisser à 20°C la température du mur 10 pendant la nuit, et ce refroidissement suffit pour maintenir une température agréable à l'intérieur du bâtiment pendant la journée, le mur 10 se réchauffant progressivement jusqu'au milieu de la nuit où l'on peut alors le ramener à nouveau à une température d'environ 20°C. Ce mode de chauffage et de refroidissement des murs 10 d'un bâtiment d'habitation permet également de maintenir à l'intérieur du bâtiment une humidité relative de l'air comprise entre 60 et 70% environ, ce qui correspond à une sensation maximale de confort et de bien-être. Avec les barrettes 30' de capteurs de température, on peut mesurer et suivre les variations et les gradients de température à l'intérieur d'un mur 10 et commander directement la circulation d'air extérieur sur le mur sans qu'il soit nécessaire de connaître les caractéristiques thermiques et hygrométriques du mur. Le circuit 34 qui commande la circulation de l'air extérieur dans les espaces 14 commande également le fonctionnement d'un système 36 de ventilation mécanique contrôlée à double flux, qui peut être associé à des moyens de chauffage d'appoint de faible puissance, si nécessaire, ou à une pompe à chaleur réversible pour chauffer ou refroidir l'intérieur du bâtiment de façon complémentaire.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation de la température à l'intérieur d'un bâtiment d'habitation à murs microporeux (10) et à isolation thermique extérieure (12), ce bâtiment comprenant des espaces (14) de circulation d'air extérieur ménagés entre les murs microporeux (10) et leur isolation thermique (12), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (34) de commande de la circulation d'air extérieur dans lesdits espaces (14), ces moyens de commande recevant en entrée des mesures des températures des murs microporeux (10) pour commander la circulation d'air extérieur dans l'espace (14) ménagé entre un mur microporeux et son isolation thermique (12) en fonction des variations de température du mur microporeux et de l'hygrométrie de l'air extérieur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 comprend des moyens (30) de mesure instantanée de la température de surface des murs microporeux (10).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la température des murs microporeux comprennent des capteurs à infrarouge. 20
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (30) de mesure de la température de surface des murs (10) sont montés dans les espaces (14) précités en regard de la surface extérieure des murs (10).
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que des moyens (30) de mesure de la température de surface des murs (10) sont montés aux extrémités inférieures et supérieures des espaces (14) précités de circulation d'air extérieur.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des barrettes (30') de capteurs de température sont 30 montées dans des trous formés dans les murs (10) sur sensiblement toute leur épaisseur.