FR3078562A1 - Dispositif de traitement d'air pour la ventilation des batiments tertiaires, centrale de traitement d'air comprenant un tel dispositif et procede - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (2) de traitement d'air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, le dispositif comprenant une entrée d'air neuf (4), pour faire entrer un flux d'air neuf entrant (F1), au moins un filtre (8a, 8b), pour filtrer le flux d'air neuf entrant (F1), un by-pass (10a, 10b) du filtre, grâce auquel une partie au moins du flux d'air neuf entrant (F1) peut contourner le filtre, un organe de fermeture (12a, 12b), pour fermer sélectivement le by-pass, et une unité électronique (14) de commande de l'organe de fermeture, apte à collecter des informations relatives à la qualité de l'air neuf entrant et à contrôler l'organe de fermeture pour ouvrir ou fermer le by-pass en fonction de la qualité de l'air neuf entrant.
Description
Dispositif de traitement d’air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, centrale de traitement d’air comprenant un tel dispositif et procédé
La présente invention concerne un dispositif de traitement d’air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, c’est-à-dire pour la ventilation des bâtiments occupés par les activités du secteur tertiaire (commerces, bureaux, santé, enseignement, infrastructures collectives destinées aux sports, aux loisirs, aux transports, les hôpitaux, les cafés/hôtels/restaurants et tous les établissements destinés à recevoir du public).
Ce dispositif de traitement d’air fait partie d’une centrale, que l’on appelle Centrale de Traitement d’Air (ou CTA), dont la fonction est d’insuffler de l’air neuf extérieur à l’intérieur du bâtiment en effectuant au préalable un ou plusieurs traitements. Généralement, cet air neuf extérieur est chauffé (ou refroidi) et éventuellement purifié. Il est insufflé via un réseau de gaines aérauliques dans les locaux du bâtiment. On parle alors d'une CTA simple flux.
Il existe également des centrales de traitement d’air du type double flux, capables en outre de reprendre l'air dans les pièces nécessitant une extraction d'air, par exemple dans les pièces humides ou nécessitant un certain taux de renouvellement (telles que les pièces d’un hôpital) et de l'expulser hors du bâtiment.
Généralement, la centrale de traitement d’air est logée sur le toit du bâtiment.
La qualité de l’air intérieur des bâtiments que l’on respire est une donnée importante pour la santé des occupants. La pollution de l’air intérieur peut venir de l’intérieur ou de l’extérieur du bâtiment. En effet, à l’intérieur du bâtiment, on retrouvera plus souvent une atmosphère chargée en CO2 ou en Composés Organiques Volatiles (COV), provenant notamment des peintures, alors que, à l’extérieur, on retrouvera davantage de particules fines provenant du pot d’échappement des voitures et des usines.
A ce jour, il existe plusieurs solutions pour améliorer la qualité de l’air que l’on respire dans les bâtiments. Notamment, il est connu de filtrer l’air entrant afin de ne pas introduire de pollution extérieure et de « surventiler >> le bâtiment pour diluer et extraire la pollution intérieure. Typiquement, on utilise des filtres à particules (ou filtres particulaires) et des filtres moléculaires, fonctionnant par exemple au charbon actif.
Cette solution est particulièrement énergivore car les filtres créent des pertes de charge importantes qui se répercutent sur la consommation du ventilateur de la centrale, laquelle est déjà importante du fait que l’on ventile déjà plus que nécessaire. Egalement, les filtres moléculaires de type charbon actif saturent rapidement lorsque l’humidité de l’air est importante, ce qui occasionne des frais de maintenance relativement importants.
C’est à ces inconvénients qu’entend plus particulièrement remédier l’invention, en proposant un dispositif de traitement d’air plus intelligent, et donc moins énergivore.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif de traitement d’air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, le dispositif comprenant une entrée d’air neuf, pour faire entrer un flux d’air neuf entrant et au moins un filtre, pour filtrer le flux d’air neuf entrant. Conformément à l’invention, le dispositif comprend également un by-pass du filtre, grâce auquel une partie au moins du flux d’air neuf entrant peut contourner le filtre, un organe de fermeture, pour fermer sélectivement le by-pass, et une unité électronique de commande de l’organe de fermeture, apte à collecter des informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant et à contrôler l’organe de fermeture pour ouvrir ou fermer le by-pass en fonction de la qualité de l’air neuf entrant.
Dans la littérature brevets, WO 2017/127431 enseigne de contrôler la vitesse du ventilateur de soufflage en fonction d’un ou plusieurs paramètres de l’air extérieur. Ce document divulgue également une chambre de recirculation, dont le principe est de recycler l’air intérieur avec un système d’épuration. Toutefois, WO 2017/127431 est silencieux sur le traitement de l’air extérieur.
Grâce à l’invention, il est possible de contourner le filtre lorsque l’air neuf entrant est de bonne qualité, ce qui occasionne moins de perte de charge, et donc une moindre consommation énergétique du ventilateur. Ainsi, le flux d’air neuf entrant traverse le filtre uniquement lorsque il est vraiment pollué, par exemple chargé en particules fines. Typiquement, on pourra faire passer le flux d’air neuf entrant à travers un ou plusieurs filtres moléculaires uniquement lorsqu’il y a un pic de pollution en COV et/ou à travers un ou plusieurs filtres particulaires uniquement lorsqu’il y une forte concentration de particules dans l’air. Cela permet en outre d’éviter que ces filtres s’encrassent trop rapidement. La durée de vie des filtres est alors plus longue et les interventions de maintenance moins fréquentes.
L’organisation mondiale de la santé (OMS) a établi des catégories afin de classifier la qualité de l’air extérieur en fonction de sa teneur moyenne annuelle en PM 2.5 et en PM 10. Elle a établi également des catégories permettant de classifier la propreté de l’air soufflé suivant le type d’application du bâtiment (occupation permanente, temporaire, hôpitaux, ...). Un système de filtration dynamique comme celui proposé dans la présente invention permet de s’adapter au mieux à la fois à la classe de qualité d’air extérieur et à la catégorie de propreté exigée par le bâtiment.
Le dispositif de traitement d’air pourra donc être adapté au type de bâtiment, et donc à la catégorie correspondante définie par l’OMS. Notamment, le nombre d’étages de filtration pourra être adapté en conséquence, de même que l’efficacité des filtres utilisés.
Selon des aspects avantageux, mais non obligatoires de l’invention, le dispositif de traitement d’air peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible :
Le dispositif comprend en outre une boite de mélange pour mélanger le flux d’air neuf avec un flux d’air repris à l’intérieur d’un bâtiment.
La boite de mélange comprend un organe de contrôle pour contrôler le débit du flux d’air repris, cet organe de contrôle étant commandé par l’unité électronique de commande, notamment en fonction de la qualité de l’air repris. Les informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant sont transmises à l’unité électronique de commande à partir d’un serveur informatique déporté du dispositif ou sont mesurées par un ou plusieurs capteurs et sont communiquées à l’unité électronique de commande par voie filaire ou sans-fil. Les informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant incluent la concentration en particules fines et/ou la concentration en Composés Organiques Volatiles (COV).
Le dispositif comprend plusieurs filtres disposés en série et un by-pass pour chaque filtre et en ce que un organe de fermeture, dont l’ouverture et la fermeture sont commandées par l’unité électronique de commande est prévu pour fermer sélectivement chaque by-pass.
L’unité électronique de commande est apte à collecter des informations supplémentaires relatives à la température et/ou au taux d’humidité de l’air neuf entrant et à contrôler l’organe de fermeture pour ouvrir ou fermer le bypass en fonction de ces informations supplémentaires.
Le dispositif comprend au moins un capteur pour évaluer la qualité de l’air à l’intérieur du bâtiment, de préférence au moins un capteur de particules fines ou un capteur moléculaire.
Le dispositif comprend un filtre de type moléculaire et en ce que l’unité électronique de commande est apte à comparer des informations relatives à la qualité de l’air intérieur avec des informations relatives à la qualité de l’air extérieur, en comparant par exemple la concentration en Composés Organiques Volatiles.
Le dispositif comprend au moins un filtre de type particulaire et en ce que l’unité électronique de commande recevant les informations de concentration en particules fines de l’air extérieur, ainsi que le débit d’air passant à travers chaque filtre particulaire à chaque instant, est apte à calculer la masse de particules retenue par chaque filtre et ainsi à déduire son taux de saturation.
L’invention concerne également une centrale de traitement d’air comprenant un dispositif tel que défini ci-dessus.
L’invention porte aussi sur un procédé de traitement d’air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, ce procédé comprenant des étapes consistant à :
a) faire entrer un flux d’air neuf dans un dispositif de traitement d’air comprenant :
une entrée d’air neuf, pour faire entrer le flux d’air neuf entrant, au moins un filtre, pour filtrer le flux d’air neuf entrant, un by-pass du filtre, grâce auquel une partie au moins du flux d’air neuf entrant peut contourner le filtre, un organe de fermeture, pour fermer sélectivement le by-pass, et une unité électronique de commande de l’organe de fermeture,
b) collecter des informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant ;
c) contrôler l’organe de fermeture pour ouvrir ou fermer le by-pass en fonction de la qualité de l’air neuf entrant.
L’invention, et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de de réalisation d’un dispositif de traitement d’air conforme à son principe, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est un schéma du dispositif de traitement d’air selon l’invention ; et La figure 2 est un schéma d’une centrale de traitement d’air comprenant un tel dispositif.
La figure 1 représente un dispositif de traitement d’air 2 pour la ventilation des bâtiments tertiaires. Ce dispositif 2 comprend une entrée d’air neuf 4, au moins un filtre et un ventilateur 6 pour faire passer un flux d’air neuf entrant F1 à travers le filtre.
De préférence, le dispositif 2 comprend plusieurs filtres disposés en série. Dans l’exemple, le dispositif 2 comprend un filtre particulaire 8a (ou filtre à particules) et un filtre moléculaire 8b.
Le type de filtre à particules pour le choix du filtre 8a est déterminé en fonction de l’application considérée. En effet, il existe différentes catégories de filtres particulaires suivant le diamètre des particules que l’on souhaite filtrer (PM10, PM2.5, PM1, ...) et ils ont chacun une efficacité différente. Ainsi, un filtre ayant une efficacité de 90 % sur les particules PM2.5 peut être nécessaire dans certains cas suivant la concentration particulaire de l’air extérieur et celle attendue dans le bâtiment alors que, dans d’autres cas, un filtre ayant une efficacité de 50 % sur les particules PM2.5 sera suffisant. L’efficacité d’un filtre sur les PM10 est corrélée à celle du filtre sur les PM2.5 : un filtre très efficace sur les PM2.5 le sera d’autant plus sur les PM10. Le dispositif 2 comprend également, pour chaque filtre, un by-pass, grâce auquel une partie au moins du flux d’air neuf entrant F1 peut contourner le filtre. Le by-pass du filtre 8a est désigné par la référence 10a, tandis que le by-pass du filtre 8b porte la référence 10b.
Au sens du présent document, et conformément à la définition du dictionnaire, un by-pass est une conduite permettant de dévier un flux de circulation de fluide (en l’occurrence un flux d’air) de façon à éviter/contourner un appareil (en l’occurrence le filtre).
Un organe de fermeture est prévu pour fermer sélectivement chaque by-pass. On note par la référence 12a l’organe de fermeture du by-pass 10a et par les références 12b et 12c les deux organes de fermeture du by-pass 10b. L’organe de fermeture 12a est agencé en amont du filtre 8a, alors que les organes de fermeture 12b et 12c sont agencés respectivement en amont et en aval du filtre 8c. Lorsque l’un ou l’autre des organes de fermeture 12b et 12c est fermé, le by-pass 10b est fermé.
Avantageusement, le dispositif 2 comprend en outre une boite de mélange 16 pour mélanger le flux d’air neuf entrant F1 avec un flux d’air F1’ repris à l’intérieur d’un bâtiment. Cela permet de recycler au moins partiellement l’air intérieur du bâtiment, ce qui permet souvent de faire des économies de chauffage (ou plus généralement de conditionnement d’air, incluant climatisation et chauffage).
Dans l’exemple de la figure 1, on a représenté par des flèches en trait plein le flux de passage d’air lorsque les deux by-pass 10a et 10b sont fermés. Les flèches en trait interrompu correspondent au flux de passage d’air dans l’un ou l’autre des deux by-pass 10a et 10b. On a également représenté par une flèche en trait interrompu le flux d’air repris F1 ’, dans la mesure où la reprise d’air à l’intérieur du bâtiment est optionnelle.
En particulier, la flèche F2 correspond au flux d’air en sortie (c’est-à-dire en aval) de la boite de mélange 160. Le flux d’air F2 correspond donc à la somme des flux d’air entrant F1 et F1 ’. La flèche F2’ correspond au flux d’air dévié dans le by-pass 10a lorsque l’organe de fermeture 12a est ouvert. La flèche F3 correspond au flux d’air en aval du filtre 8a. Il s’agit donc d’un flux d’air filtré, normalement dépourvu de particules fines. La flèche F4 correspond au flux d’air en aval du filtre 8b. Il s’agit donc d’un flux d’air filtré, normalement dépourvu de molécules polluantes.
La flèche F3’ correspond au flux d’air dévié dans le by-pass 10b lorsque l’organe de fermeture 12b est ouvert. Egalement, lorsque les deux by-pass 10a et 10b sont ouverts, mais que l’organe de fermeture 12c est fermé, une partie F2”, au moins, du flux d’air F2’ traverse le filtre moléculaire 8b. Ce flux d’air F2” a donc une direction opposée à celle du flux d’air F3’. La flèche F4’ représente la somme des flux d’air F2’ et F3’ contournant respectivement le filtre 8a et le filtre 8b.
Dans l’exemple, les by-pass 10a et 10b sont des tronçons d’une même conduite 10. Ainsi, lorsque l’organe de fermeture 12a est ouvert et que l’organe de fermeture 12b est fermé, le flux d’air F2’ dévié à travers le by-pass 10a contourne également le filtre 8b.
Avantageusement, chaque organe de fermeture 12a, 12b ou 12c est un registre motorisé, permettant de réguler le débit d’air en créant une perte de charge. Chaque registre motorisé comprend au moins un volet orientable, piloté par un servomoteur. On pourra utiliser, au choix, un ou plusieurs registres motorisés du type Tout Ou Rien (TOR), c'est-à-dire n’ayant que deux positions (ouvert ou fermé) et/ou un ou plusieurs registres proportionnels avec une plage de régulation, en termes de débit, qui est complète, c’està-dire allant de 0 à 100 %.
Notamment, on peut tout à fait envisager d’équiper le dispositif avec un registre TOR pour la fermeture du by-pass 10a et un registre proportionnel pour la fermeture du by-pass 10b, ou inversement. On pourra également utiliser que des registres TOR ou que des registres proportionnels.
L’ouverture et la fermeture de chaque organe de fermeture, ici des organes 12a et 12b, sont commandées par une unité électronique de commande 14, laquelle est apte à collecter des informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant et à contrôler chaque organe de fermeture pour ouvrir ou fermer le by-pass correspondant en fonction de la qualité de l’air neuf entrant.
De préférence, au moins un by-pass du dispositif est ouvert lorsque l’air extérieur est de bonne qualité, de façon à réduire les pertes de charge et limiter la consommation du ventilateur 6. Chaque by-pass pourra être ouvert lorsque l’air extérieur est très pur, c’est-à-dire dépourvu de toute pollution aux particules ou aux molécules. L’unité électronique de commande 14 exécute donc des instructions contenues dans un programme d’ordinateur, pour optimiser les pertes de charges dans le dispositif 2 à partir de certaines données d’entrée, lesquelles incluent en particulier les informations relatives à la qualité de l’air extérieur.
Dans l’exemple, les informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant sont transmises à l’unité électronique de commande 14 à partir d’un serveur informatique (non représenté) disposé à distance du dispositif 2. Les informations sont donc transmises par voie sans fil, par exemple via des ondes radio (ou électromagnétiques), du type wifi, Bluetooth, etc. On récupère donc les mesures effectuées par certains organismes régionaux et/ou nationaux concernant la qualité de l’air extérieur. Effectivement, certains indicateurs de la qualité de l’air sont rendus disponibles par ces organismes, de sorte qu’il est possible de s’affranchir de l’utilisation de capteurs pour évaluer la qualité de l’air neuf extérieur.
Alternativement, on pourrait néanmoins imaginer équiper le dispositif 2 de capteurs pour mesurer certains paramètres relatifs à la qualité de l’air extérieur et communiquer les mesures à l’unité électronique de commande 14 par voie filaire ou sansfil. Typiquement, le dispositif 2 pourrait comprend un ou plusieurs capteurs moléculaires, capables d’analyser la composition de l’air, et notamment la présence de composés organiques volatiles et/ou un ou plusieurs capteurs de particules fines, capables de compter le nombre de particules fines dans l’air, et ce par catégorie de taille. Des capteurs de ce type sont bien connus de l’état de l’art, c’est pourquoi ils ne font pas l’objet d’une description plus détaillée.
Dans l’exemple, les informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant faisant l’objet d’une attention toute particulière incluent la concentration en particules fines et/ou la concentration en Composés Organiques Volatiles (COV).
La boîte de mélange 16 comprend un organe de contrôle 162 pour contrôler le débit du flux d’air repris F1’, cet organe de contrôle 162 étant commandé par l’unité électronique de commande 14.
Plus précisément, la boite de mélange 16 est de préférence équipée d’au moins deux registres motorisés 160 et 162, respectivement pour la régulation du flux d’air neuf entrant et du flux d’air repris. Avantageusement, ces deux registres 160 et 162 sont contrôlés par l’unité électronique de commande 14 du dispositif. Les registres 160 et 162 peuvent être chacun du type Tout Ou Rien ou proportionnel.
Les deux registres 160 et 162 permettent donc d’ajuster la proportion d’air neuf entrant dans la boite de mélange 16 par rapport à la proportion d’air repris, étant entendu que les règlementations en vigueur imposent souvent un débit minimal d’air neuf entrant.
Typiquement, le degré d’ouverture ou la position (ouverte ou fermée) des registres 160 et 162 est contrôlé(e) par l’unité électronique de commande 14 en fonction de plusieurs paramètres, parmi lesquels on retrouve :
La température extérieure ;
La température intérieure ;
L’humidité de l’air à l’extérieur ;
L’humidité de l’air à l’intérieur ;
La qualité de l’air intérieur (QAI); ou encore
La qualité de l’air extérieur (QAE) ;
Avantageusement, l’unité électronique de commande 14 pourra également être programmée afin d’effectuer des opérations de filtration et de recyclage dans une certaine plage horaire. Par exemple, après des travaux de peinture, l’air intérieur est chargé en COV. On pourra donc programmer un scénario de recyclage intensif avec un passage de l’air uniquement dans le filtre moléculaire 8b (avec contournement du filtre particulaire 8a donc) afin d’épurer l’air du bâtiment. Selon un autre exemple, particulièrement adapté à la ventilation des bâtiments de type bureaux, on pourra aussi programmer un recyclage intensif tous les jours du lundi au samedi et de 12h à 12h30 pour épurer l’air intérieur lorsque le nombre de personnes présentes à l’intérieur du bâtiment est réduit. L’expression « recyclage intensif >> signifie que l’on augmente le débit de flux d’air entrant et/ou la proportion de flux d’air entrant dans la boite de mélange 16.
Egalement, pendant les saisons chaudes (typiquement l’été dans l’hémisphère nord), l’unité électronique de commande 14 pourra être programmée pour favoriser le renouvellement de l’air plutôt la nuit, lorsque l’air extérieur est relativement frais. A contrario, pendant les saisons froides (typiquement l’hiver dans l’hémisphère nord), le taux de renouvellement d’air pourra être plus accentué l’après-midi, où la température de l’air est souvent à son maximum. Cette programmation particulière de l’unité 14 permet de faire des économies non négligeables sur le traitement thermique de l’air, en profitant intelligemment du dispositif de traitement d’air 2 pour chauffer et/ou refroidir l’air intérieur.
Ainsi, le dispositif de traitement d’air 2 comprend de préférence au moins un capteur de température, pour mesurer la température à l’intérieur du bâtiment. La température extérieure pourra être collectée par l’unité électronique 14 à partir d’un serveur informatique, notamment sur le même serveur que celui sur lequel sont stockées les informations relatives à la qualité de l’air.
L’unité électronique de commande 14 est alors capable d’ajuster le taux de renouvellement d’air en fonction de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment. Pour ce faire, il y a principalement deux moyens : l’unité électronique de commande 14 peut, d’une part, agir sur le registre motorisé 160 dans le cas où ce dernier est du type proportionnel, en augmentant/diminuant la section de passage, et, d’autre part, agir sur la vitesse de rotation du ventilateur 6.
Typiquement, l’unité 14 peut envoyer une commande d’augmenter la vitesse de rotation du ventilateur 6 pour augmenter le débit d’air neuf, pendant les saisons chaudes, dans le cas où la température extérieure est inférieure à la température intérieure, ce qui permet d’assurer une fonction de refroidissement nocturne, aussi appelé « free-cooling >> en Anglais.
A l’inverse, l’unité 14 peut envoyer une commande de diminuer la vitesse de rotation du ventilateur 6 pour diminuer le débit d’air neuf, pendant les saisons froides, dans le cas où la température extérieure est très inférieure à la température intérieure et dans le cas où l’air à l’intérieur du bâtiment est de bonne qualité, ceci dans la limite du respect des débits réglementaires.
A ce sujet, le dispositif de traitement d’air 2 peut aussi être équipé d’un ou plusieurs capteurs pour évaluer la qualité de l’air à l’intérieur du bâtiment. Les différents capteurs nécessaires pourront être placés dans les pièces du bâtiment, dans les gaines ou tout autre accessoire réseau, facilitant ainsi la réalisation de l’installation.
Typiquement, le dispositif 2 pourrait comprend un ou plusieurs capteurs moléculaires, capables d’analyser la composition de l’air à l’intérieur du bâtiment, et notamment la présence de composés organiques volatiles comme les formaldéhydes et/ou les benzènes que l’on retrouve classiquement dans l’air intérieur. Egalement, le dispositif 2 pourrait comprendre un capteur de dioxyde de carbone (CO2), pour mesurer le taux de présence humaine à l’intérieur du bâtiment. En fonction de ces mesures, c’est-àdire d’une part de la pollution moléculaire et d’autre part du taux de CO2, on pourra programmer l’unité électronique de commande 14 pour ajuster le débit d’air repris à l’intérieur du bâtiment et/ou le débit d’air neuf entrant, et donc agir sur le taux de renouvellement d’air.
Ainsi, l’organe de contrôle, c’est-à-dire le registre 162, pourrait être commandé par l’unité électronique de commande 14 en fonction de la qualité de l’air repris. Typiquement, si l’air repris est de bonne qualité, c’est-à-dire faiblement chargé en particules fines ou en molécules nocives, alors une grande proportion, voire la totalité du flux d’air repris pourra être recyclée. A l’inverse, si l’air intérieur est pollué, par exemple chargé en composés organiques volatiles, alors la proportion d’air repris que l’on va recycler sera beaucoup plus faible, voire inexistante. Les proportions d’air neuf et d’air repris sont donc ajustées en fonction, d’une part, de la qualité de l’air neuf entrant et, d’autre part, de la qualité de l’air repris.
Egalement, l’organe de contrôle, c’est-à-dire le registre 162, pourrait aussi être commandé par l’unité électronique de commande 14 en fonction du taux de CO2 de l’air intérieur, comme c’est déjà connu de l’état de l’art.
De manière astucieuse, lorsque l’air intérieur est évalué comme faiblement pollué et/ou avec un bon taux de CO2, il n’y a pas vraiment de nécessité à renouveler l’air du bâtiment, et donc le dispositif 2 assure uniquement le taux de renouvellement d’air minimum prévu par la réglementation. A l’inverse, lorsque l’air intérieur est évalué comme pollué, il est nécessaire de renouveler davantage l’air du bâtiment, et donc le dispositif 2 assure un renouvellement d’air plus important. Ceci peut être effectué, comme mentionné ci-dessus, en ajustant par exemple la vitesse du ventilateur 6, ou en contrôlant la section de passage de l’air à travers les registres 160 et 162.
Un exemple de fonctionnement du dispositif de traitement d’air 2 est détaillé cidessous à titre d’exemple.
Lorsque la concentration en particule fines (PM) au sein du flux d’air entrant F1 est élevée, l’unité électronique 14 ferme le by-pass 10a afin que l’air passe au travers du filtre particulaire 8a.
Lorsque la concentration en COV de l’air extérieur est élevée, l’unité électronique 14 ferme tous les by-pass ou ouvre le by-pass 10b si le by-pass 10a est ouvert, afin que l’air passe au travers du filtre moléculaire 8b.
Lorsque la qualité de l’air extérieur est très mauvaise, l’unité électronique 14 diminue la vitesse du ventilateur 6. L’unité électronique de commande 14 peut également, dans ce cas, agir sur les registres 160 et 162 de la boite de mélange 16 afin d’augmenter la proportion d’air recyclé (par rapport à l’air neuf), la recirculation de l’air intérieur dans le système de filtration permettant d’améliorer la qualité de l’air intérieur.
Dans un mode de réalisation particulier, l’unité électronique de commande 14 du dispositif 2 est capable de fonctionner comme un système asservi, c’est-à-dire de prendre en compte au moins une valeur de consigne à atteindre pour la qualité de l’air à l’intérieur du bâtiment, et d’agir sur les différents organes du dispositif (registres, ventilateur) pour atteindre cette valeur de consigne. Chaque valeur de consigne est paramétrée par l’utilisateur. Typiquement, l’utilisateur peut paramétrer des seuils de particules fines et/ou de composés organiques volatiles à ne pas dépasser à l’intérieur du bâtiment. L’unité électronique de commande 14 agit alors sur chaque by-pass et/ou sur la vitesse du ventilateur en fonction du taux de particules fines et/ou de la teneur en composés organiques volatiles à l’intérieur du bâtiment, c’est-à-dire de la qualité de l’air intérieur, pour atteindre ou du moins ne pas dépasser les seuils définis par le client. Les seuils seront de préférence adaptés au type de bâtiment. Typiquement, les seuils seront nécessairement plus bas pour un établissement de santé, comme un hôpital. Dans de mode de réalisation particulier, l’unité électronique de commande 14 effectue une comparaison en temps réel entre la ou les valeur de consigne imposée(s) par l’utilisateur pour l’air intérieur et le ou les indicateur(s) relatif(s) à la qualité de l’air effective à l’intérieur du bâtiment, et agit sur le ou les organes de fermeture/contrôle, ainsi que sur la vitesse du ventilateur 6, en fonction du résultat de cette comparaison. On parle donc ici d’un système asservi fonctionnant en boucle fermée.
La figure 2 montre une centrale de traitement d’air C intégrant le dispositif de traitement d’air.
Dans l’exemple, la centrale C est une centrale de type double flux, c’est-à-dire assurant d’une part l’insufflation d’air neuf dans le bâtiment et d’autre part l’évacuation de l’air vicié à l’extérieur du bâtiment. Néanmoins, en variante, le dispositif de traitement d’air pourrait très bien être intégré à une centrale simple flux (non représentée), n’assurant pas l’extraction de l’air vicié.
La centrale C comprend un échangeur de chaleur 22 qui, dans l’exemple, est un échangeur air-air.
L’échangeur de chaleur 22 permet un échange de chaleur entre l’air neuf entrant dans la centrale et l’air vicié extrait par la centrale C. Effectivement, l’air intérieur est souvent plus chaud que l’air extérieur, de sorte qu’il est avantageux de réchauffer l’air neuf entrant en utilisant la chaleur de l’air vicié extrait. Cela permet effectivement de faire des économies de chauffage.
Un ventilateur 18 permet d’aspirer l’air vicié dans les gaines de la centrale. Dans l’exemple, le ventilateur 18 est placé en aval de l’échangeur 22 sur le trajet de l’air vicié. L’air vicié est soufflé par le ventilateur 18 dans une gaine 20 raccordée à la boite de mélange 16. Le registre 162 est disposé à l’interface entre la gaine 20 et la boite de mélange 16. Egalement, la gaine 20 est ouverte sur l’extérieur, de façon à pouvoir rejeter l’air vicié à l’extérieur du bâtiment.
La centrale C fonctionne de la façon suivante : L’air neuf extérieur passe à travers le dispositif de traitement d’air 2, du fait de la dépression créée par le ventilateur 6. En parallèle, l’air vicié est extrait des pièces du bâtiment, du fait de la dépression créée par le ventilateur 18. Les deux flux d’air passent à travers l’échangeur 22 dans lequel le flux d’air neuf entrant se réchauffe au contact du flux d’air repris.
En variante non représentée, le dispositif de traitement d’air 2 peut comporter plusieurs filtres à particules de différentes catégories/gammes. Ainsi, on pourra sélectionner parmi ces différents filtres quel est le filtre le plus adapté au taux de pollution de l’air neuf entrant, et éviter le ou les autres filtres en déviant le flux d’air dans le ou les by-pass correspondants. Par exemple, un filtre à particules à haute performance, classé selon la norme ISO16890 ISO PM 2.5 (90% de particules filtrées), pourra être utilisé que lorsqu’un pic de pollution en particules de PM 2.5 est détecté. Autrement, ce filtre sera le reste du temps évité par ouverture du by-pass, et le flux d’air neuf entrant ne passera qu’au travers d’un autre filtre, moins performant, classé ISO PM 2.5 (50 % de particules filtrées), ce qui est suffisant pour assurer une bonne qualité de l’air intérieur lorsque il n’y a pas de pic de pollution aux particules fines.
En sélectionnant le filtre le plus efficace, c’est-à-dire le plus adapté au taux de pollution extérieure, et donc en contournant les autres filtres, on limite les pertes de charge et on réduit donc la consommation du ventilateur.
Egalement, selon une autre variante non représentée, plusieurs étages de filtres moléculaires peuvent être installés en série afin de traiter, chacun, un certain type de COV. Par exemple, le dispositif 2 peut comprendre un premier filtre moléculaire captant efficacement les formaldéhydes et/ou les benzènes et un second filtre moléculaire, pour un autre type de molécule, comme les NOX.
Selon une autre variante de réalisation, le dispositif comprend un premier filtre moléculaire captant efficacement les formaldéhydes et/ou les benzènes et un autre filtre moléculaire plus standard. Avantageusement, le by-pass du premier filtre en particulier pourra être fermé uniquement lorsque le dispositif de traitement d’air fonctionne en mode recyclage, c’est-à-dire lorsque l’entrée d’air neuf extérieur 4 est fermée et que l’entrée d’air repris est ouverte. Par ailleurs, en mode recyclage, le by-pass de l’autre filtre moléculaire est ouvert, afin d’épurer efficacement l’air intérieur sans passer dans l’autre filtre moléculaire, lequel pourra être plus spécifiquement dédié aux COV de l’air extérieur. Pour être tout à fait exhaustif, le by-pass du premier filtre sera de préférence ouvert lorsque la proportion d’air repris est faible en comparaison avec la proportion d’air neuf. Cela permet de limiter les pertes de charges à travers le premier filtre moléculaire, et donc de réduire la consommation du ventilateur.
Selon une autre variante non représentée, chaque filtre, qu’il soit du type particulaire ou moléculaire, est équipé d’un système de détection de saturation. Pour un filtre particulaire, le système de détection de saturation peut simplement consister en une paire de capteurs de pression, disposés de part et d’autre du filtre. Les deux capteurs de pression mesurent la chute de pression de l’air en aval du filtre. On considère alors le filtre comme saturé lorsque la chute de pression dépasse un certain seuil, fixé au préalable. Pour un filtre de type moléculaire, on pourra comparer des informations relatives à la qualité de l’air intérieur avec des informations relatives à la qualité de l’air extérieur, en comparant par exemple la concentration en COV. Si ces informations sont sensiblement identiques, alors cela signifie qu’au moins un filtre moléculaire a perdu de son efficacité, et donc qu’il est probablement saturé.
Egalement, l’unité 14 recevant les informations de concentration en particules fines de l’air extérieur, ainsi que le débit d’air passant à travers chacun des filtres particulaires à chaque instant pourra calculer la masse de particules retenue par chacun des filtres (connaissant son efficacité) et ainsi en déduire son taux de saturation.
Selon une autre variante non représentée, l’ouverture et la fermeture de chaque by-pass est également contrôlée par l’unité 14 en fonction de d’autres paramètres, tels que la température extérieure, la température intérieure, le taux d’humidité de l’air extérieur, le taux d’humidité de l’air intérieur, la qualité de l’air intérieur, etc.
Selon une autre variante non représentée, le serveur informatique pourra transmettre, à l’unité électronique de commande 14, non seulement des informations instantanées relatives à la qualité de l’air, c’est-à-dire des informations pour un jour en particulier, mais également des prévisions concernant la qualité de l’air pour le lendemain, voire même pour les jours qui suivent. Certains organismes régionaux ou nationaux établissent effectivement des prédictions concernant la qualité de l’air dans les jours à venir. L’unité électronique de commande 14 peut alors anticiper un épisode de pollution, en renouvelant l’air au préalable, et en diminuant éventuellement la ventilation pendant le pic de pollution. Cette technique permet astucieusement de limiter l’encrassement des filtres.
Selon une autre variante non représentée, la centrale de traitement d’air comprend un système d’affichage, comprenant un ou plusieurs écrans, disposé(s) à l’intérieur du bâtiment, pour afficher des indicateurs relatifs à la performance de la centrale. Typiquement, une ou plusieurs valeurs représentatives de la qualité de l’air à l’intérieur du bâtiment pourra ou pourront être affichées sur le ou les écrans. Egalement, on pourrait afficher un comparatif entre la qualité de l’air extérieur et la qualité de l’air intérieur, pour informer les usagers du bâtiment de la performance de la centrale. Effectivement, on sait désormais que la mauvaise qualité de l’air est la cause de plusieurs millions de décès dans le monde chaque année (dont plusieurs dizaines de milliers en France). Cependant, il n’existe aujourd’hui pas de système de ventilation informant les occupants du bâtiment des bénéfices apportés par le traitement de l’air. L’objectif ici est donc de proposer une centrale de traitement d’air capable de communiquer aux occupants du bâtiment des informations sur l’amélioration de la qualité de l’air. L’information pourra être affichée zone par zone, c’est-à-dire sensiblement pour chaque pièce ou chaque étage. Dans ce cas, une multiplicité de capteurs est nécessaire pour évaluer la qualité de l’air dans chaque pièce ou à chaque étage. On parlera alors d’un système multizone. Alternativement, l’information pourra être affichée en global, pour la totalité des pièces/étages du bâtiment. On parlera alors d’un système « monozone », lequel présente l’avantage de nécessiter moins de capteurs.
Selon une autre variante non représentée, chaque organe de fermeture pourra être ouvert ou fermé manuellement par l’action d’un utilisateur.
Les caractéristiques du mode de réalisation des figures et des variantes non représentées peuvent être combinées entre elles pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention.
Claims (12)
1. Dispositif (2) de traitement d’air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, le dispositif comprenant :
- une entrée d’air neuf (4), pour faire entrer un flux d’air neuf entrant (F1 ),
- au moins un filtre (8a, 8b), pour filtrer le flux d’air neuf entrant (F1 ), caractérisé en ce que le dispositif comprend également:
- un by-pass (10a, 10b) du filtre, grâce auquel une partie au moins du flux d’air neuf entrant (F1) peut contourner le filtre,
- un organe de fermeture (12a, 12b), pour fermer sélectivement le by-pass, et
- une unité électronique (14) de commande de l’organe de fermeture, apte à collecter des informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant et à contrôler l’organe de fermeture pour ouvrir ou fermer le by-pass en fonction de la qualité de l’air neuf entrant.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une boite de mélange (16) pour mélanger le flux d’air neuf (F1) avec un flux d’air (F1 j repris à l’intérieur d’un bâtiment.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boite de mélange (16) comprend un organe de contrôle (162) pour contrôler le débit du flux d’air repris (F1 j, cet organe de contrôle étant commandé par l’unité électronique de commande (14), notamment en fonction de la qualité de l’air repris.
4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant sont transmises à l’unité électronique de commande (14) à partir d’un serveur informatique déporté du dispositif (2) ou sont mesurées par un ou plusieurs capteurs et sont communiquées à l’unité électronique de commande (14) par voie filaire ou sans-fil.
5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant incluent la concentration en particules fines et/ou la concentration en Composés Organiques Volatiles (COV).
6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend plusieurs filtres (8a, 8b) disposés en série et un by-pass (10a, 10b) pour chaque filtre et en ce que un organe de fermeture (12a, 12b), dont l’ouverture et la fermeture sont commandées par l’unité électronique de commande (14) est prévu pour fermer sélectivement chaque by-pass.
7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité électronique de commande (14) est apte à collecter des informations supplémentaires relatives à la température et/ou au taux d’humidité de l’air neuf entrant et à contrôler l’organe de fermeture (12a, 12b, 12c) pour ouvrir ou fermer le by-pass (10a, 10b) en fonction de ces informations supplémentaires.
8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un capteur pour évaluer la qualité de l’air à l’intérieur du bâtiment, de préférence au moins un capteur de particules fines ou un capteur moléculaire.
9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend un filtre de type moléculaire et en ce que l’unité électronique de commande (14) est apte à comparer des informations relatives à la qualité de l’air intérieur avec des informations relatives à la qualité de l’air extérieur, en comparant par exemple la concentration en Composés Organiques Volatiles.
10. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un filtre de type particulaire et en ce que l’unité électronique de commande (14) recevant les informations de concentration en particules fines de l’air extérieur, ainsi que le débit d’air passant à travers chaque filtre particulaire à chaque instant, est apte à calculer la masse de particules retenue par chaque filtre et ainsi à déduire son taux de saturation.
11. Centrale de traitement d’air (C) comprenant un dispositif (2) selon l’une des revendications précédentes.
12. Procédé de traitement d’air pour la ventilation des bâtiments tertiaires, ce procédé comprenant des étapes consistant à :
a) faire entrer un flux d’air neuf (F1) dans un dispositif de traitement d’air (2) comprenant :
- une entrée d’air neuf (4), pour faire entrer le flux d’air neuf entrant (F1 ),
- au moins un filtre (8a, 8b), pour filtrer le flux d’air neuf entrant (F1 ),
5 - un by-pass (10a, 10b) du filtre, grâce auquel une partie au moins du flux d’air neuf entrant peut contourner le filtre,
- un organe de fermeture (12a, 12b, 12c), pour fermer sélectivement le by-pass, et
- une unité électronique (14) de commande de l’organe de fermeture,
10 b) collecter des informations relatives à la qualité de l’air neuf entrant ;
c) contrôler l’organe de fermeture (12a, 12b, 12c) pour ouvrir ou fermer le bypass en fonction de la qualité de l’air neuf entrant.
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