FR3119882A1

FR3119882A1 - Unité extérieure de climatisation

Info

Publication number: FR3119882A1
Application number: FR2101455A
Authority: FR
Inventors: Pierrick MAILHET
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2041-02-16
Also published as: FR3119882B1

Abstract

L’invention concerne une unité (1) extérieure pour climatisation ou pompe à chaleur, comprenant un caisson (20) comportant une face arrière (21) destinée à venir en regard d’une façade d’un bâtiment, une face avant (22) , deux faces latérales (23), une face supérieure (24) et une face inférieure (25), le caisson (20) comprenant:- une machine thermique (30) comprenant un échangeur (31) ;- des moyens de ventilation (40) aptes à générer un flux d’air destiné à pénétrer le caisson (20) via une admission (26), à échanger des calories avec l’échangeur (31), et à ressortir du caisson (20) via un refoulement (27). Selon l’invention, l’admission (26) et le refoulement (27) sont disposés sur au moins deux faces distinctes du caisson (20) parmi les faces latérales (23), supérieure (24) et inférieure (25). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Unité extérieure de climatisation

L’invention se rapporte au domaine technique des pompes à chaleur et des climatisations, et en particulier à celui des unités extérieures de tels appareils.

Art antérieur

Il est connu de l’art antérieur des unités extérieures pour climatisation ou pompes à chaleur, comprenant une machine thermique, et un ventilateur destiné à forcer le brassage de l’air contre un échangeur de la machine thermique, facilitant ainsi les échanges thermiques par convection.

Les documents WO2012/020193 et EP3705732 décrivent de telles unités. Cependant, les solutions techniques proposées par ces documents ne donnent pas satisfaction car l’échangeur est enfermé dans une enceinte munie d’une seule ouverture, ce qui n’est pas propice au bon écoulement du flux d’air, donc à la performance de l’unité extérieure.

Le brevet WO03/068543 décrit une unité extérieure de climatisation améliorée en ce que l’échangeur n’est pas disposé dans un espace clos mais dans un espace présentant une admission et un refoulement distincts permettant un meilleur écoulement de l’air. Cependant, ce type d’unité peut encore être améliorée en termes de performances.

De plus, les unités décrites dans ces documents sont inesthétiques et difficilement intégrables dans l’apparence générale d’un bâtiment.

L’un des buts de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en concevant une unité extérieure dont les performances sont améliorées, et dont l’intégration dans l’apparence générale d’un bâtiment est facilitée.

À cet effet, il a été mis au point une unité extérieure pour climatisation ou pompe à chaleur, comprenant un caisson comportant une face arrière destinée à venir en regard d’une façade d’un bâtiment, une face avant, deux faces latérales, une face supérieure et une face inférieure, le caisson comprenant:
- une machine thermique comprenant un échangeur ;
- des moyens de ventilation aptes à générer un flux d’air destiné à pénétrer le caisson via une admission, à échanger des calories avec l’échangeur, et à ressortir du caisson via un refoulement.

Selon l’invention, l’admission et le refoulement sont disposés sur au moins deux faces distinctes du caisson parmi les faces latérales, supérieure et inférieure.

De cette manière, les flux d’air sortant et entrant ne se mélangent pas et n’échangent pas de calories, ce qui assure le meilleur rendement possible de l’unité. Par exemple dans le cas d’une climatisation, l’air sortant, qui a été réchauffé par l’échangeur, ne se mélange pas avec l’air entrant, dont la température doit être la plus basse possible. A l’inverse pour une pompe à chaleur, l’air sortant, qui a été refroidi, ne doit pas se mélanger avec l’air rentrant, qui doit être le plus chaud possible.

De plus, la face arrière est pleine et permet à l’unité d’être plaquée contre le bâtiment. La face avant ne comportant ni admission ni refoulement, elle peut être décorée ou habillée avec un revêtement correspondant à celui du bâtiment. De cette manière, l’unité est intégrée de façon plus discrète dans l’apparence générale du bâtiment et ne dégrade pas le paysage.

Pour des raisons de simplification, il ne sera utilisé dans la suite du document que le terme de climatisation pour faire référence à une climatisation ou à une pompe à chaleur, bien que l’invention couvre ces deux applications.

Selon un mode de réalisation préféré, l’admission et le refoulement sont disposés chacun sur une paroi latérale du caisson. Le flux d’air est donc quasiment parallèle à la façade du bâtiment contre lequel l’unité est disposée. L’admission et le refoulement étant sur deux faces opposées, il est garanti que les flux d’air entrant et sortant ne se mélangeront pas.

Afin de faciliter l’accès pour les opérations de maintenance, la face avant est amovible et est maintenue par des moyens de fixation réversibles.

Avantageusement, le caisson comporte au moins une cloison intermédiaire reliant les parois latérales et divisant le caisson en au moins un volume inférieur recevant les moyens de ventilation et l’échangeur, et un volume supérieur recevant d’autres éléments de la machine thermique, des éléments électroniques et des éléments de connectique de l’unité extérieure de climatisation. De cette manière, le volume inférieur est un volume « sale » susceptible d’être soumis à l’humidité et des poussières, alors que le volume supérieur est un volume « propre » contenant les éléments sensibles de l’unité, en particulier l’électronique et la connectique.

Pour fixer l’unité de façon discrète sur le bâtiment, elle comprend un support destiné à être fixé d’une part sur la façade du bâtiment et d’autre part sur la cloison intermédiaire. Le support est ainsi invisible une fois que l’unité est installée.

Pour pouvoir garantir la réversibilité de l’unité, les moyens de ventilation, l’échangeur, les autres éléments de la machine thermique, les éléments électroniques et les éléments de connectique de l’unité extérieure de climatisation sont fixés à la paroi intermédiaire et/ou aux faces latérales et/ou aux faces supérieure et/ou inférieure, et la face arrière est amovible, maintenue par des moyens de fixation réversibles, et interchangeable avec la face avant. Cette réversibilité de l’unité permet de choisir dans quel sens orienter les flux d’air entrant et sortant par rapport au bâtiment.

Pour garantir une ventilation de l’échangeur qui soit efficace et suffisante, le rapport entre une surface projetée de l’échangeur et une section du flux d’air au niveau de l’échangeur est compris entre 0,75 et 1,5.

Afin d’obtenir une unité dont l’épaisseur, mesurée entre les faces avant et arrière, est faible, il est possible de choisir pour les moyens de ventilation, un ventilateur tangentiel, ou un ventilateur centrifuge, ou plusieurs ventilateurs axiaux positionnés les uns au-dessus des autres.

De préférence, la largeur des faces latérales du caisson est au moins deux fois plus petite que la largeur des faces avant et arrière, et la hauteur des faces avant, arrière et latérales est au moins 1,5 fois supérieure à la largeur des faces avant et arrière. Ces proportions permettent d’installer l’unité debout, et de minimiser son emprise au sol.

L’invention concerne également le procédé d’installation d’unité extérieure de climatisation ou de pompe à chaleur selon l’une des caractéristiques précitées contre une façade d’un bâtiment, remarquable en ce que l’unité est installée dans une niche ménagée dans la façade du bâtiment. L’intégration dans une niche rend l’unité extérieure encore plus discrète.

est une vue en perspective, d’une unité extérieure de l’art antérieur.

est une vue en perspective, éclatée, d’une unité selon l’invention.

est une vue en perspective d’une telle unité installée contre un bâtiment.

est une vue en perspective d’une telle unité installée dans une niche d’un bâtiment.

Description détaillée de l’invention

En référence aux figures 2 à 4, l’invention concerne une unité (1) extérieure pour climatisation comprenant un caisson (20) comportant une face arrière (21) destinée à venir en regard d’une façade d’un bâtiment, une face avant (22), deux faces latérales (23), une face supérieure (24) et une face inférieure (25).

Le volume intérieur défini par le caisson (20) comprend :
- une machine thermique (30) comprenant un échangeur (31) ;
- des moyens de ventilation (40) aptes à générer un flux d’air destiné à pénétrer le caisson (20) via une admission (26), à échanger des calories avec l’échangeur (31), et à ressortir du caisson (20) via un refoulement (27) ;

Selon le mode de réalisation préféré illustré, le caisson (20) comporte également une cloison intermédiaire (28) reliant les parois latérales (23) et divisant le caisson (20) en au moins un volume inférieur (20i), et un volume supérieur (20s). Les volumes inférieur et supérieur peuvent être inversés, sans sortir du cadre de l’invention.

Le volume inférieur (20i) peut être qualifié de volume « sale » dans la mesure où il reçoit les moyens de ventilation (40) et l’échangeur (31). Ce volume inférieur (20i) est donc exposé à des poussières ou à l’humidité pouvant être portées par le flux d’air entrant.

La cloison intermédiaire (28) séparant le volume inférieur (20i) et le volume supérieur (20s) de la manière la plus étanche possible, le volume supérieur (20s) quant à lui peut être qualifié de volume « propre ». Ainsi protégé du milieu extérieur, ce volume supérieur (20s) est en particulier destiné à recevoir d’autres éléments de la machine thermique (30), des éléments électroniques (50) et des éléments de connectique (60) de l’unité (1) extérieure de climatisation. Ces éléments sont en effet plus fragiles et plus sensibles.

Les éléments de connectique (60) comprennent l’alimentation électrique de l’unité (1), et peuvent également comprendre d’autres éléments tels que la connectique avec l’unité intérieure de la climatisation. Ces éléments sont donc dissimulés à la vue, ce qui est un avantage par rapport aux solutions de l’art antérieur tel qu’illustré . Les réseaux destinés à être raccordés aux éléments de connectique (60) pénètrent dans l’unité (1) via une ouverture (210) ménagée dans la paroi arrière (21).

Dans le volume inférieur (20i), il est important que toute la superficie de l’échangeur (31) soit soumise au flux d’air traversant l’unité (1). Il convient donc que les superficies de l’admission (26), du refoulement (27), et de l’échangeur (31) soient proches. Par exemple, le rapport entre une surface projetée de l’échangeur (31) et une section du flux d’air au niveau de l’échangeur (31) est compris entre 0,75 et 1,5. L’homme du métier saura toutefois adapter la disposition de l’échangeur (31) tel qu’illustré pour que ce soit la surface projetée de l’échangeur (31) qui soit proche d’une section du flux d’air au niveau de l’échangeur (31). En inclinant l’échangeur à 45°, il est possible d’avoir un échangeur plus grand et donc de puissance supérieure. L’échangeur (31) occupant toute la section du volume inférieur (20i), il est cependant garanti que l’intégralité de la superficie de l’échangeur (31) soit ventilée.

De façon conventionnelle, l’échangeur (31) est positionné dans le flux d’air en amont des moyens de ventilation (40). Un grillage peut également être présent au niveau de l’admission (26) afin d’éviter l’introduction de petits objets tels que des feuilles mortes par exemple, et qui viendraient obturer l’échangeur (31).

A l’extérieur d’un bâtiment, l’espace au-dessus d’une unité extérieure de climatisation est généralement libre. Il est donc judicieux, pour un volume donné, de chercher à réduire l’emprise au sol de l’unité (1) quitte à augmenter sa hauteur.

Pour que l’unité (1) soit la plus fine possible, les moyens de ventilation (40) sont de préférence un ventilateur tangentiel. Ce type de ventilateur présente une grande longueur par rapport à son diamètre, et s’adapte bien aux contraintes d’encombrements de l’unité (1). Il pourrait également s’agir d’un ventilateur centrifuge ou de plusieurs ventilateurs axiaux, de diamètre réduit, par exemple inférieur à 50cm, et disposés les uns au-dessus des autres.

En particulier, les ventilateurs tangentiels et axiaux présentent l’intérêt de pouvoir générer un flux d’air dont la trajectoire est sensiblement rectiligne, à l’inverse des ventilateurs centrifuges dont la trajectoire du flux entrant est orthogonale à la trajectoire du flux sortant. Les ventilateurs tangentiels et axiaux sont donc bien adaptés au mode de réalisation préféré où l’admission (26) et le refoulement (27) sont sur des faces latérales (23) opposées de l’unité (1).

En pratique, le flux sortant par le refoulement (27) d’une unité (1) équipée d’un ventilateur tangentiel n’est pas strictement aligné avec le flux d’air entrant par l’admission (26), et présente un angle d’environ 45° avec le flux d’air entrant. Il convient donc d’orienter le flux sortant de sorte à ce qu’il ne bute pas contre la façade du bâtiment pour assurer un bon renouvellement de l’air. Pour cela, l’unité (1) est avantageusement réversible : tous ses composants internes tels que la machine thermique (30) ou les moyens de ventilations (40) sont fixés au caisson (20) à une ou plusieurs des faces latérales (23), supérieure (24), inférieure (25) ou de la paroi intermédiaire (28). Les faces avant (22) et arrière (21) ne portent en revanche pas d’équipement de l’unité (1).

Les faces avant (22) et arrière (21) sont démontables et interchangeables. Il est donc possible de faire pivoter l’unité (1) de 180° autour de son axe central (10), afin d’orienter convenablement le flux sortant de l’unité (1) en fonction de sa disposition par rapport au bâtiment ou à la présence d’un angle de la façade du bâtiment.

Par ailleurs, une unité (1) qui présente une hauteur plus importante que ses autres dimensions présente également l’avantage de faciliter les opérations de maintenance ; les éléments de l’unité (1) à vérifier, et en particulier la machine thermique (30), lorsqu’ils sont disposés dans le volume supérieur, se trouvent alors à hauteur d’homme, ce qui est une position plus ergonomique pour le technicien effectuant les réparations.

De plus, une faible épaisseur de l’unité (1) permet l’accessibilité de tous les composants, certains composants n’étant pas imbriqués les uns derrière les autres.

Pour garantir la discrétion de l’installation recherchée, l’unité (1) est de préférence fixée au bâtiment au moyen d’un support (70), qui porte l’unité (1) au niveau de sa cloison intermédiaire (28). Pour être compatible avec la réversibilité de l’unité (1), des moyens de fixation (71) du support (70) sont avantageusement symétriques selon l’axe (10).

La face arrière (21) est pleine, dans le sens où elle ne comprend ni admission ni refoulement (27). L’unité (1) peut donc être plaquée contre le bâtiment. Selon un mode d’installation particulier, l’unité (1) est intégrée dans une niche (2) qui est ménagée dans la façade du bâtiment. Les dimensions internes de la niche (2) sont bien entendu supérieures aux dimensions externes de l’unité (1) pour permettre son insertion.

Toutefois, la disposition de l’admission (26) et du refoulement (27) de l’unité (1) selon l’invention permet de ménager une niche (2) de dimensions limitées. En particulier, ses dimensions internes sont inférieures ou égales à 1,5 fois les dimensions extérieures de l’unité (1). En effet la ventilation de l’échangeur (31) étant mieux assurée, il n’y a pas besoin de laisser autour de l’unité (1) un espace mort aussi important que dans l’art antérieur.

Dans le cas particulier où les moyens de ventilation (40) sont un ventilateur tangentiel ou centrifuge, ce type de ventilateurs est capable de vaincre des pertes de charge plus importantes qu’un ventilateur axial. L’espace autour de l’unité (1) peut donc être réduit par rapport à des unités intégrant des ventilateurs axiaux. De plus, comme précisé ci-avant, lorsqu’on utilise un ventilateur tangentiel, la direction du flux d’air sortant est plutôt de l’ordre de 45° par rapport à la façade du bâtiment. Le flux d’air sortant est donc évacué de la niche (2), sans qu’il y ait besoin de ménager un espace important entre l’unité (1) et les parois de la niche (2).

Au surplus, parmi les autres avantages liés à cette solution, l’échangeur (31) et les autres composants de l’unité (1) sont protégés contre la grêle par exemple.

La face avant (22) de l’unité (1) est également pleine au sens où elle ne comprend ni admission ni refoulement. La face avant (22) peut donc être décorée par exemple avec une peinture, ou être habillée avec un matériau tel qu’un bardage, de préférence semblable à la décoration ou à l’habillage de la façade du bâtiment. De cette manière l’intégration paysagère de l’unité (1) est la plus discrète possible.

Par ailleurs, l’unité (1) peut être conformée différemment des figures sans sortir du cadre de l’invention, qui est défini par les revendications.

En variante non représentée, la face avant (22) intègre des matériaux acoustiques pour réductions de bruit, tels que de la mousse ou de la laine de roche ou tout autre matériau isolant. Les nuisances sonores de l’unité (1) sont donc limitées.

Selon une autre variante non représentée, la face avant (22) est réalisée en deux parties, dont l’une vient fermer le volume supérieur (20s) et une vient fermer le volume inférieur (20i).

Selon une autre variante non représentée, l’admission (26) et/ou le refoulement (27) sont disposés sur les faces supérieure (24) et/ou inférieure (25), ou présente deux admissions (26) chacune disposée sur une face latérale (23), et un refoulement (27) disposé sur la face inférieure (25), par exemple lorsque les moyens de ventilation (40) sont un ventilateur centrifuge.

Selon une autre variante non représentée, l’unité (1) comprend un deuxième caisson (80) contenant les éléments du volume supérieur (20s) du mode de réalisation préféré ; et le caisson (20) contient les éléments du volume inférieur (20i) du mode de réalisation préféré. Le caisson (20) est disposé à l’extérieur du bâtiment alors que le deuxième caisson (80) est disposé à l’intérieur du bâtiment.

En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Ainsi, l’unité (1) peut être adaptée en termes de coût, de fonctionnalités et de performance.

Claims

Unité (1) extérieure pour climatisation ou pompe à chaleur, comprenant un caisson (20) comportant une face arrière (21) destinée à venir en regard d’une façade d’un bâtiment, une face avant (22) , deux faces latérales (23), une face supérieure (24) et une face inférieure (25), le caisson (20) comprenant :
- une machine thermique (30) comprenant un échangeur (31) ;
- des moyens de ventilation (40) aptes à générer un flux d’air destiné à pénétrer le caisson (20) via une admission (26), à échanger des calories avec l’échangeur (31), et à ressortir du caisson (20) via un refoulement (27) ;
caractérisé e en ce que l’admission (26) et le refoulement (27) sont disposés sur au moins deux faces distinctes du caisson (20) parmi les faces latérales (23), supérieure (24) et inférieure (25).
Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’admission (26) et le refoulement (27) sont disposés chacun sur une paroi latérale (23).
Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face avant (22) est amovible et est maintenue par des moyens de fixation réversibles.
Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le caisson (20) comporte au moins une cloison intermédiaire (28) reliant les parois latérales (23) et divisant le caisson (20) en au moins un volume inférieur (20i) recevant les moyens de ventilation (40) et l’échangeur (31), et un volume supérieur (20s) recevant d’autres éléments de la machine thermique (30), des éléments électroniques (50) et des éléments de connectique (60) de l’unité (1) extérieure de climatisation.
Unité (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’elle comprend un support (70) destiné à être fixé d’une part sur la façade du bâtiment et d’autre part sur la cloison intermédiaire (28).
Unité (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de ventilation (40), l’échangeur (31), les autres éléments de la machine thermique (30), les éléments électroniques (50) et les éléments de connectique (60) de l’unité (1) extérieure de climatisation sont fixés à la paroi intermédiaire (28) et/ou aux faces latérales (23) et/ou aux faces supérieure (24) et/ou inférieure (25), et en ce que la face arrière (21) est amovible, et maintenue par des moyens de fixation réversibles, et interchangeable avec la face avant (22).
Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport entre une surface projetée de l’échangeur (31) et une section du flux d’air au niveau de l’échangeur (31) est compris entre 0,75 et 1,5.
Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de ventilation (40) sont un ventilateur tangentiel, ou un ventilateur centrifuge, ou plusieurs ventilateurs axiaux positionnés les uns au-dessus des autres.
Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur des faces latérales (23) est au moins deux fois plus petite que la largeur des faces avant (22) et arrière (21), et en ce que la hauteur des faces avant (22), arrière (21) et latérales (23) est au moins 1,5 fois supérieure à la largeur des faces avant (22) et arrière (21).
Procédé d’installation d’unité (1) extérieure de climatisation ou de pompe à chaleur selon l’une des revendications précédentes contre une façade d’un bâtiment, caractérisé en ce que l’unité (1) est installée dans une niche (8) ménagée dans la façade du bâtiment.