FR3063805A3 - Systeme de regulation thermique et de renovation energetique de batiments - Google Patents

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Bernard Rouault
Jean-Luc Pouzoulet
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Abstract

La présente invention concerne un système de régulation de température comprenant des panneaux sandwich comportant une plaque supérieure 3 et une plaque inférieure 4 entre lesquelles est disposée une structure 2 caractérisé en ce que la structure 2 comprend des cellules comprenant elles-mêmes un matériau à changement de phase, la plaque supérieure 3 comportant en outre un orifice d'entrée d'air 7 destiné à recevoir un air pulsé provenant d'une ventilation et un orifice de sortie d'air 8 destiné à refouler vers l'extérieur du panneau 1, le tout assorti d'un système de contrôle-commande adapté et d'un système d'accrochage spécifique de panneaux.

Description

Système de régulation thermique et de rénovation énergétique de bâtiments
La présente invention concerne d'une manière générale un système de régulation thermique comprenant des panneaux ventilés comprenant eux-mêmes un matériau à changement de phase (MCP) destinés à être posés dans au moins une pièce d'un bâtiment afin d'y réguler la température. Elle concerne également un système de contrôle-commande permettant d'assurer, notamment, le fonctionnement de la ventilation de ces panneaux ainsi qu'un système d'accrochage spécifique. L'invention peut être mise en œuvre dans un bâtiment neuf ou dans le cadre d'une rénovation d'un bâtiment ancien.
Le secteur du bâtiment représente un enjeu important dans la lutte contre le changement climatique, la diminution de la facture énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Les constructions neuves atteignent aujourd'hui des niveaux remarquables en termes de sobriété énergétique du fait d'une conception des bâtiments de très haute qualité. En revanche, les constructions plus anciennes présentent des problèmes de performance énergétique, notamment celles ayant une date de construction avant 2012, et les solutions techniques adaptées à la rénovation énergétique, simples à mettre en œuvre, sont encore rares. Elles sont généralement difficilement adaptables d'une typologie de bâtiment à l'autre et souvent coûteuses. En outre, il est nécessaire de libérer le bâtiment faisant l'objet de la rénovation énergétique pendant une durée pouvant aller jusqu'à plusieurs mois, ceci afin d'effectuer les travaux. Les climatisations installées dans les bâtiments présentent en outre divers problèmes tels que la libération d'irritants, la grande consommation d'énergie due aux compresseurs ou l'utilisation de fluides frigorigènes du type HFC. Par ailleurs, les bâtiments sont généralement rénovés par l'extérieur afin de les isoler. Il est notamment utilisé des isolants de type polystyrène expansé ou extrudé, polyuréthane, fibre de bois ou liège expansé. L'inconvénient majeur de ces types d'isolant est qu'ils ne permettent pas de conserver l'aspect initial de la façade du bâtiment. En effet, la façade ancienne est nécessairement recouverte par les matériaux isolants afin d'effectuer la rénovation énergétique. Il est également nécessaire d'obtenir certaines autorisations administratives préalablement à cette rénovation, comme par exemple un permis de construire. En outre, si le bâtiment comporte plusieurs étages, il est obligatoire d'installer un échafaudage. Cette opération est longue, coûteuse et gênante pour les personnes occupant le bâtiment en rénovation. L'invention a donc pour but de faciliter la rénovation énergétique des bâtiments anciens, de réduire la consommation d'énergie et de diminuer l'utilisation des climatisations dans les bâtiments anciens ou nouveaux.
Pour ce faire, l'invention a notamment pour objet un panneau de régulation thermique comprenant une plaque supérieure et une plaque inférieure entre lesquelles est disposée une structure caractérisé en ce que la structure comprend des cellules comprenant elles-mêmes un matériau à changement de phase, la plaque supérieure comportant en outre un orifice d'entrée d'air destiné à recevoir un air pulsé provenant d'une ventilation et un orifice de sortie d'air destiné à refouler l'air pulsé vers l'extérieur du panneau. De préférence, le panneau comprend des alvéoles, de type nid d'abeille. De préférence, le panneau comprend une structure ayant une épaisseur d'environ 5 millimètres. De préférence, les plaques supérieure et inférieure sont en aluminium et ont une épaisseur d'environ 0,8 millimètres. L'invention a également pour objet un système de régulation thermique comprenant un panneau caractérisé en ce qu'il comprend en outre une ventilation injectant de l'air dans l'orifice d'entrée d'air et un système de contrôle-commande pilotant la ventilation en fonction d'informations provenant d'au moins un capteur de température. Dans un mode préféré de l'invention, les informations proviennent de trois capteurs de température. L'invention a aussi pour objet un procédé de régulation de température d'une pièce d'un bâtiment au moyen d'au moins un panneau, selon l'invention, comprenant les étapes suivantes: -mesurer une température extérieure au bâtiment; -comparer la température extérieure mesurée par rapport à une température de changement de phase prédéterminée du matériau à changement de phase; - si la température extérieure mesurée est différente de la température de changement de phase, activer la ventilation pendant une durée prédéterminée.
Par ailleurs, l'invention a pour objet un gel destiné aux cellules d'un panneau de régulation thermique caractérisé en ce qu'il comprend un matériau à changement de phase. De préférence, le gel comprend en outre un additif antibactérien et/ou un additif antifongique. De préférence, le matériau à changement comprend de la paraffine micro encapsulée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 illustre un exemple de panneau de régulation thermique selon l'invention; - la figure 2 illustre une partie des alvéoles d'un nid d'abeille utilisé dans un exemple de panneau selon l'invention; - la figure 3 est une vue de dessus d'un exemple de pièce comportant des panneaux selon l'invention; - la figure 4 est une vue de côté de la pièce montrée sur la figure 3.
La figure 1 est une représentation schématique d'un panneau 1 de régulation thermique selon l'invention. Il comprend une structure en nid d'abeille 2, pouvant notamment être en acier, logée entre une plaque supérieure 3 et une plaque inférieure 4, toutes deux en aluminium. Il est aménagé un premier espace 5 entre la plaque supérieure 3 et la structure en nid d'abeille 2 et un deuxième espace entre la plaque inférieure 4 et la structure 2. La plaque inférieure 4 est destinée à être positionnée du côté libre de la pièce du bâtiment, c'est-à-dire vers la surface à vivre de la pièce, dans laquelle on désire installer plusieurs panneaux 1 afin d'y réguler la température. La plaque supérieure 3 est destinée à être positionnée du côté de la cloison, ou du mur, de la pièce du bâtiment. On peut également apercevoir un premier orifice 7 permettant à un air pulsé par une ventilation (non représentée sur la figure 1) d'entrer dans le premier espace 5 afin de ventiler la structure 2 et un deuxième orifice 8 permettant la sortie de l'air pulsé. A titre d'exemple non limitatif, l'épaisseur de la structure 2 est d'environ 5 à 10 millimètres, le panneau 1 a une épaisseur d'environ 30 millimètres, une longueur d'environ 2500 millimètres et une largeur d'environ 1200 millimètres. Les plaques supérieure 3 et inférieure 4 ont une épaisseur de l'ordre de 0,8 millimètres. Les espaces 5, 6 ont une épaisseur de l'ordre d'une dizaine de millimètres.
La figure 2 représente schématiquement quatre alvéoles 21 du nid d'abeille de la structure 2. Une structure en nid d'abeille comporte de multiples cellules hexagonales creuses, fermées d'un côté, qu'on appelle alvéoles. Seules quatre alvéoles 21 sont représentées sur la figure 2. Chaque alvéole 21 a une géométrie de forme hexagonale et comprend un matériau à changement de phase sous forme d'un gel 22 comprenant lui-même des microcapsules de polymère contenant de la paraffine. Le gel 22 est obtenu en mélangeant les microcapsules sous forme de poudre avec de l'eau, pour ainsi former un gel hydraulique. Le changement de phase se fait à 22°C pour la paraffine. Au-dessus de 22°C, la paraffine se trouve sous forme liquide et a absorbé de la chaleur pour atteindre cet état. En dessous de 22°C, la paraffine change d'état et se solidifie après avoir libérée de la chaleur vers l'extérieur. Il est également possible de se procurer des microcapsules de polymère contenant de la paraffine avec une température de changement de phase différente, telle que par exemple 26°C. D'autres types de matériau à changement de phase peuvent être également utilisés. Il peut être également ajouté au gel 22 un antibactérien ou un antifongique afin de traiter les problèmes liés à la prolifération de bactéries ou de moisissures à l'intérieur de chaque alvéole 21. Afin que le gel 22 contenu dans chaque alvéole 21 subisse un changement de phase complet, les plaques supérieure 3 et inférieure 4 du panneau 1 ont de préférence une épaisseur de l'ordre de 0,8 millimètres pour une épaisseur d'alvéole contenant le gel de l'ordre de 15 millimètres.
Les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques d'une pièce 41 d'un bâtiment dans laquelle on désire réguler la température au moyen des panneaux selon l'invention. Cette pièce 41 comprend une première cloison 42 et une deuxième cloison 43 sur lesquelles ont été posées respectivement cinq panneaux 44 de régulation thermique. Les panneaux 44 sont assemblés au moyen de fixations isolées thermiquement afin de diminuer les déperditions énergétiques entre les panneaux et les cloisons 42,43. Il peut être également apposé des couvre-joints entre les panneaux afin de parfaire l'isolation. On peut également apercevoir sur la figure 4 une fenêtre 45, le mur 46 donnant sur l'extérieur de la pièce et un faux-plafond 47.
Les panneaux 44 sont ventilés, de préférence, au moyen d'une ventilation de type VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée) basse consommation d'une puissance comprise entre, de préférence, environ 60 et 100 watts pour une pièce ayant un volume d'environ 100 mètre cubes. La puissance de la ventilation est adaptée en fonction du volume de la pièce et également des dimensions des panneaux 44. La ventilation est reliée à un système de contrôle-commande qui déclenche celle-ci en fonction de la température de l'air extérieur, de la température de la pièce et de la température interne du panneau, qui sont mesurées en permanence par des capteurs de température. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lorsque l'air extérieur descend en dessous de 22°C, les capteurs de température le détectent et envoient cette information au système de contrôle-commande qui déclenche la ventilation. L'air provenant de l'extérieur est pulsé par la ventilation et vient au contact du gel 2 qui change de phase et se solidifie. La ventilation fonctionne en continue pendant une durée permettant une solidification complète du matériau à changement de phase contenu dans chaque alvéole. Par exemple, la ventilation s'active de minuit à six heures du matin, permettant de puiser un air extérieur à une température plus basse, par exemple 18°C, par rapport à la température de changement de phase. Lorsque la température de l'air extérieur augmente et passe au-dessus de 22°C, l'air ambiant vient au contact du panneau 44 et réchauffe, par conduction, le gel 22 qui change de phase et se liquéfie en absorbant de la chaleur contenue dans la pièce pour la refroidir. De préférence, la ventilation comporte un système de capteurs et une interface informatique la rendant compatible avec la Gestion Technique du Bâtiment (GTB) de l'immeuble dans lequel la pièce 41 se situe. Le système de contrôle-commande est connecté, s'il y a lieu, à la GTB existante par l'intermédiaire d'un système informatique d'intégration et d'interface. La GTB contrôle, notamment, la VMC générale du bâtiment, la climatisation ou le chauffage du bâtiment. De préférence, les panneaux 44 sont montés en série afin d'en simplifier l'assemblage. Pour se faire, la ventilation est reliée au premier orifice 7 d'entrée d'air d'un premier panneau et son second orifice 8 de sortie d'air est relié au premier orifice d'entrée d'un second panneau et ainsi de suite pour les panneaux suivants. Une tuyauterie souple, par exemple en aluminium, ayant un diamètre d'environ, de préférence, 5 à 8 centimètres permet de relier les panneaux entre eux.
Un exemple de procédé pouvant être mis en œuvre par l'invention est le suivant : la première étape du procédé consiste à mesurer une température extérieure à la pièce 41, par exemple la température de l'air extérieur au bâtiment. La seconde étape consiste à comparer la température extérieure mesurée par rapport une température de changement de phase prédéterminée; par exemple, pour la paraffine micro encapsulée, cette température est de 22°C. Et finalement, la troisième étape consiste à déterminer si la température extérieure mesurée est différente de la température de changement de phase prédéterminée et, si tel est le cas, d'activer la ventilation pendant une durée prédéterminée.
Les panneaux 44 peuvent également être directement chauffés par le rayonnement solaire passant au travers des vitres de la fenêtre 45. Afin de contrôler le chauffage du panneau 1 par le rayonnement solaire, la fenêtre 45 est équipée d'un store permettant de limiter ou augmenter l'apport de chaleur par radiation. Les panneaux 44 sont chauffés par le rayonnement solaire qui va liquéfier le gel 22 contenu dans chacune des alvéoles 21. Lorsque la température des panneaux diminue et passe en dessous de 22°C, le matériau à changement de phase se solidifie tout en dégageant de la chaleur pour réchauffer la pièce.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS
    1. Panneau 1 de régulation de température comprenant une plaque supérieure 3 et une plaque inférieure 4 entre lesquelles est disposée une structure 2 caractérisé en ce qu'elle comprend des cellules comprenant elles-mêmes un matériau à changement de phase, la plaque supérieure 3 comportant en outre un orifice d'entrée d'air 7 destiné à recevoir un air pulsé provenant d'une ventilation et un orifice de sortie d'air 8 destiné à refouler l'air pulsé vers l'extérieur du panneau 1
  2. 2. Panneau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une structure 2 en nid d'abeille.
  3. 3. Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les plaques supérieure 3 et inférieure 4 sont en aluminium et ont une épaisseur d'environ 0,8 millimètres.
  4. 4. Système de régulation thermique comprenant un panneau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une ventilation injectant de l'air dans l'orifice d'entrée d'air 7 et un système de contrôle-commande pilotant la ventilation en fonction d'informations provenant d'au moins un capteur de température.
  5. 5. Procédé de régulation de température d'une pièce 41 d'un bâtiment au moyen d'au moins un panneau selon la revendication 1 comprenant les étapes suivantes : -mesurer une température extérieure au bâtiment ; -comparer la température extérieure mesurée par rapport à une température de changement de phase prédéterminée du matériau à changement de phase; -si la température extérieure mesurée est différente de la température de changement de phase, activer la ventilation pendant une période prédéterminée.
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