FR3133903A1 - Air conditioning installation for a building, method for controlling this installation, program and computer memory for its implementation - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte notamment à une installation de conditionnement d'air d'un bâtiment (B), qui comporte une enceinte (1), laquelle comprend : - d'une part une entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), ainsi qu'une entrée d'air repris (EAR) provenant dudit bâtiment (B), lesquelles forment ensemble un premier groupe ; - d'autre part une sortie d'air (SAB) en direction de l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B), ainsi qu'une sortie d'air (SAE) en direction de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), lesquelles forment ensemble un second groupe, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre : - un ensemble de capteurs (C) de température et un capteur d’hygrométrie comprenant à minima un capteur de la température et un capteur d’hygrométrie qui règne à l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B) et un capteur de la température et d’hygrométrie qui règne à l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B) ; - entre ledit premier groupe et ledit second groupe et dans le sens de circulation de l'air entre ladite première entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B) et ladite sortie d'air (SAB) en direction de l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B), un dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau (3) et un échangeur thermodynamique air/air réversible (4) conformé pour fonctionner en refroidissement ou en réchauffage de température ; - des moyens conformés pour, en fonction des mesures effectuées par lesdits capteurs (C), piloter soit le fonctionnement de l'un ou l'autre des dispositifs de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau (3) et échangeur thermodynamique (4), soit leur mise hors service. Figure 1 The present invention relates in particular to an air conditioning installation for a building (B), which comprises an enclosure (1), which comprises: - on the one hand a fresh air inlet (EAN) coming from the outside (EXT) of said building (B), as well as a returned air inlet (EAR) coming from said building (B), which together form a first group; - on the other hand an air outlet (SAB) towards the interior (INT) of said building (B), as well as an air outlet (SAE) towards the exterior (EXT) of said building (B), which together form a second group, characterized by the fact that it further comprises: - a set of temperature sensors (C) and a hygrometry sensor comprising at least a temperature sensor and a hygrometry sensor which prevails outside (EXT) of said building (B) and a temperature sensor and hygrometry which prevails inside (INT) of said building (B); - between said first group and said second group and in the direction of air circulation between said first fresh air inlet (EAN) coming from the outside (EXT) of said building (B) and said air outlet ( SAB) towards the interior (INT) of said building (B), a water-flowing air cooling device (3) and a reversible air/air thermodynamic exchanger (4) designed to operate in cooling or in temperature reheating; - means designed to, depending on the measurements made by said sensors (C), control either the operation of one or the other of the water-flowing air cooling devices (3) and thermodynamic exchanger (4 ), or their decommissioning. Figure 1
Description
La présente invention se rapporte principalement à une installation de conditionnement d'air (c'est-à-dire de climatisation, à savoir de chauffage et de rafraichissement) d'un bâtiment et à un procédé de pilotage de cette installation. Elle concerne également un programme et une mémoire d'ordinateur pour la mise en œuvre de ce procédé.The present invention relates mainly to an air conditioning installation (that is to say air conditioning, namely heating and cooling) of a building and to a method of controlling this installation. It also relates to a program and a computer memory for implementing this method.
La technologie de pompe à chaleur thermodynamique à haute efficacité énergétique existe depuis longtemps. Elle est performante et maîtrisée.Energy-efficient thermodynamic heat pump technology has been around for a long time. She is efficient and controlled.
Par ailleurs, le refroidissement de l'air par évaporation d’eau (adiabatique) est également un principe connu et largement répandu.Furthermore, air cooling by water evaporation (adiabatic) is also a known and widely used principle.
L’air à traiter traverse un média saturé d’eau, conçu pour maximiser la surface et le temps de contact entre l’air et l’eau. Lors du contact, l’air, qui est moins chargé en eau que la couche d’air saturée entourant la pellicule d’eau du média, va créer un phénomène d’évaporation nécessitant de l’énergie. L’air va céder cette énergie sous forme de calorie : il y a donc un refroidissement.The air to be treated passes through a media saturated with water, designed to maximize the surface area and contact time between air and water. Upon contact, the air, which is less loaded with water than the layer of saturated air surrounding the water film of the media, will create an evaporation phenomenon requiring energy. The air will give up this energy in the form of calories: there is therefore cooling.
Une telle technologie peut être mise en œuvre selon une intégration en :Such technology can be implemented through integration in:
-Direct: l’air qui passe dans le média est directement soufflé dans un bâtiment. Cette configuration présente l’avantage de maximiser l’utilisation du principe adiabatique (ce qui signifie que l’intégralité du froid généré est exploitée) mais, en revanche, on injecte un air chargé en humidité dans le bâtiment.- Direct : the air passing through the media is blown directly into a building. This configuration has the advantage of maximizing the use of the adiabatic principle (which means that all of the cold generated is used) but, on the other hand, air loaded with humidity is injected into the building.
De plus, on doit faire face à des complexités techniques à intégrer pour garantir l’absence de contamination de l’air (risque de légionellose notamment) et l’absence d’entrainement d’eau dans le bâtiment.In addition, we must face technical complexities to integrate to guarantee the absence of air contamination (risk of legionnaires' disease in particular) and the absence of water entrainment in the building.
-Indirect: l’air qui passe dans le média est repris du bâtiment (c'est-à-dire qu'il provient du bâtiment), se refroidit et passe dans un échangeur intermédiaire qui transmet les frigories à l’air traité. Cette technologie procure moins de rendement de froid, mais présente des avantages conséquents, à savoir qu'il permet de supprimer les problèmes évoqués plus haut, liés à la contamination et l’entrainement d’eau.- Indirect : the air which passes through the media is taken from the building (that is to say it comes from the building), cools and passes into an intermediate exchanger which transmits the frigories to the treated air. This technology provides less cold efficiency, but has significant advantages, namely that it eliminates the problems mentioned above, linked to contamination and water entrainment.
Ces technologies sont largement reconnues et industrialisées.These technologies are widely recognized and industrialized.
Le traitement/rafraichissement/chauffage de l’air est un des premiers postes de consommation énergétique. Il représente en effet environ 30% de la consommation totale d’un bâtiment.Air treatment/cooling/heating is one of the main sources of energy consumption. In fact, it represents around 30% of the total consumption of a building.
Les réglementations auxquelles sont soumises les bâtiments imposent des réductions de consommation de 50% dans les prochaines années, de sorte que toutes les solutions d’optimisation des techniques actuelles, de même que de nouvelles technologies, sont à étudier.The regulations to which buildings are subject require consumption reductions of 50% in the coming years, so that all solutions for optimizing current techniques, as well as new technologies, must be studied.
L’efficacité du système adiabatique présenté plus haut est lié aux caractéristiques de l’air entrant. En effet, plus l’air est humide, moins la capacité de rafraichissement est importante et intéressante. Il est donc impossible de garantir un rafraichissement pendant toute la période d’été.The efficiency of the adiabatic system presented above is linked to the characteristics of the incoming air. In fact, the more humid the air, the less important and less interesting the cooling capacity. It is therefore impossible to guarantee cooling throughout the summer period.
De plus, en fonction de la destination du bâtiment (type de produits qui y sont stockés, procédés industriels qui y sont mis en œuvre, vitres réfrigérées, etc.), une augmentation trop importante de l’hygrométrie en ambiance, c'est-à-dire dans le bâtiment, peut être préjudiciable.In addition, depending on the purpose of the building (type of products stored there, industrial processes implemented there, refrigerated windows, etc.), an excessively significant increase in ambient humidity means - i.e. in the building, can be detrimental.
La solution adiabatique directe, intégrée seule, peut être performante, mais est limitée à certaines applications et certaines conditions extérieures.The direct adiabatic solution, integrated alone, can be efficient, but is limited to certain applications and certain external conditions.
La présente invention vise à apporter une solution à cette problématique de réduction de la consommation d'énergie par le biais de l’association de la technologie thermodynamique et de l’adiabatique direct, association qui permet d’offrir les bénéfices environnementaux liés au principe de l'adiabatique avec la garantie de tenue de confort ambiant, et ce, quelques soient les conditions météorologiques extérieures.The present invention aims to provide a solution to this problem of reducing energy consumption through the combination of thermodynamic technology and direct adiabatic, an association which makes it possible to offer the environmental benefits linked to the principle of adiabatic with the guarantee of maintaining ambient comfort, whatever the external weather conditions.
L’objectif est ici de maximiser l’utilisation de l’adiabatique direct (haut rendement) en décalant, voire même en évitant complétement, le passage en mode climatisation (technologie thermodynamique) par l’activation d'un compresseur.The objective here is to maximize the use of direct adiabatic (high efficiency) by delaying, or even completely avoiding, the transition to air conditioning mode (thermodynamic technology) by activating a compressor.
Cet objectif est atteint selon l'invention grâce à une installation de conditionnement d'air d'un bâtiment, qui comporte une enceinte, laquelle comprend :This objective is achieved according to the invention thanks to an air conditioning installation in a building, which comprises an enclosure, which comprises:
- d'une part une entrée d'air neuf provenant de l'extérieur dudit bâtiment, ainsi qu'une entrée d'air repris provenant dudit bâtiment, lesquelles forment ensemble un premier groupe ;- on the one hand a fresh air inlet coming from outside said building, as well as a return air inlet coming from said building, which together form a first group;
- d'autre part une sortie d'air en direction de l'intérieur dudit bâtiment, ainsi qu'une sortie d'air en direction de l'extérieur dudit bâtiment, lesquelles forment ensemble un second groupe,- on the other hand an air outlet towards the interior of said building, as well as an air outlet towards the exterior of said building, which together form a second group,
caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre :characterized by the fact that it further comprises:
- un ensemble de capteurs de température et un capteur d’hygrométrie comprenant à minima un capteur de la température et un capteur d’hygrométrie qui règne à l'extérieur dudit bâtiment et un capteur de la température et d’hygrométrie qui règne à l'intérieur dudit bâtiment ;- a set of temperature sensors and a hygrometry sensor comprising at least a temperature sensor and a hygrometry sensor which prevails outside said building and a temperature and hygrometry sensor which prevails inside interior of said building;
- entre ledit premier groupe et ledit second groupe et dans le sens de circulation de l'air entre ladite première entrée d'air neuf provenant de l'extérieur dudit bâtiment et ladite sortie d'air en direction de l'intérieur dudit bâtiment, un dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau et un échangeur thermodynamique air/air réversible conformé pour fonctionner en refroidissement ou en réchauffage de température ;- between said first group and said second group and in the direction of air circulation between said first fresh air inlet coming from the exterior of said building and said air outlet towards the interior of said building, a water-flowing air cooling device and a reversible air/air thermodynamic exchanger designed to operate in temperature cooling or reheating;
- des moyens conformés pour, en fonction des mesures effectuées par lesdits capteurs, piloter soit le fonctionnement de l'un ou l'autre des dispositifs de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau et échangeur thermodynamique, soit leur mise hors service.- means designed to, depending on the measurements carried out by said sensors, control either the operation of one or the other of the air cooling devices with water flow and thermodynamic exchanger, or their decommissioning.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cette installation, prises seules ou selon une combinaison techniquement compatible d'au moins deux d'entre elles :According to other advantageous and non-limiting characteristics of this installation, taken alone or according to a technically compatible combination of at least two of them:
lesdites deux entrées formant ledit premier groupe sont pourvues de registres conformés pour être soit ouverts soit fermés, et ainsi permettre la circulation d'air, respectivement empêcher la circulation d'air au travers desdites entrées ;said two inlets forming said first group are provided with registers shaped to be either open or closed, and thus allow the circulation of air, respectively prevent the circulation of air through said inlets;
ladite enceinte renferme un filtre d'air qui est positionné entre ladite première entrée d'air neuf provenant de l'extérieur dudit bâtiment et ledit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau.said enclosure contains an air filter which is positioned between said first fresh air inlet coming from the outside of said building and said water-flowing air cooling device.
Il est également atteint grâce à un procédé de pilotage de l'installation, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes :It is also achieved through an installation control process, characterized by the fact that it includes the following steps:
- déterminer une température de consigne Tconsigne à l'intérieur dudit bâtiment à ne pas dépasser ;- determine a setpoint temperature Tsetpoint inside said building not to be exceeded;
- mesurer en continu ou de manière intermittente la température et hygrométrie à l'intérieur du bâtiment ;- measure continuously or intermittently the temperature and hygrometry inside the building;
- dès que ladite température mesurée à l'intérieur dudit bâtiment est égale à une température dite d'activation Tactivation, cette température d'activation étant inférieure à ladite température de consigne Tconsigne, piloter la mise en route et le fonctionnement dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau ;- as soon as said temperature measured inside said building is equal to a so-called activation temperature Tactivation, this activation temperature being lower than said setpoint temperature Tsetpoint, control the start-up and operation of said cooling device d air to water flow;
- dès que ladite température mesurée à l'intérieur dudit bâtiment est égale ou supérieure à ladite température de consigne Tconsigne, piloter l'arrêt dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau, ainsi que la mise en route et le fonctionnement dudit échangeur thermodynamique en mode rafraichissement d'air.- as soon as said temperature measured inside said building is equal to or greater than said setpoint temperature Tset, control the shutdown of said water-flowing air cooling device, as well as the start-up and operation of said thermodynamic exchanger in air cooling mode.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de ce procédé, prises seules ou selon une combinaison techniquement compatible d'au moins deux d'entre elles :According to other advantageous and non-limiting characteristics of this process, taken alone or according to a technically compatible combination of at least two of them:
il comporte une étape de mesure de l'hygrométrie de l'air intérieur et que, dans l'hypothèse où cette hygrométrie dépasse un seuil de référence, on se limite à piloter la mise en route et le fonctionnement dudit échangeur thermodynamique, c'est-à-dire sans mettre en route ledit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau ;it includes a step of measuring the hygrometry of the indoor air and that, in the event that this hygrometry exceeds a reference threshold, we limit ourselves to controlling the start-up and operation of said thermodynamic exchanger, this is that is to say without starting said water-flowing air cooling device;
dès lors que la température à l'extérieur ou à l’intérieur du bâtiment dépasse au moins un seuil prédéfini un jour donné J1, on alloue à ce jour J1 le statut "canicule" et que, au moins le jour suivant J2, on pilote la mise en route et l’anticipation du fonctionnement dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau dès lors que la température à l'intérieur du bâtiment dépasse une température prédéterminée dite température de canicule Tcanicule, laquelle est inférieure à ladite température d'activation Tactivation ;as soon as the temperature outside or inside the building exceeds at least a predefined threshold on a given day J1, we allocate the "heatwave" status to that day J1 and, at least on the following day J2, we control starting and anticipating the operation of said water-flowing air-cooling device as soon as the temperature inside the building exceeds a predetermined temperature called the heatwave temperature Tcanicule, which is lower than said heatwave temperature 'activation Tactivation;
lorsque la température mesurée à l'extérieur du bâtiment est inférieure à ladite température de consigne Tconsigne, on pilote à la fois l'entrée d'air extérieur et d'air repris dans ladite enceinte et on active le fonctionnement dudit échangeur thermodynamique en mode chauffage ;when the temperature measured outside the building is lower than said set point temperature Tset, we control both the entry of outside air and air returned to said enclosure and we activate the operation of said thermodynamic exchanger in heating mode ;
lors du fonctionnement dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau, on mesure la température et l'hygrométrie de l'air extérieur et de l'air présent au voisinage de ladite entrée d'air repris provenant dudit bâtiment et que l'on fait rentrer dans ladite enceinte soit de l'air neuf provenant de l'extérieur, soit de l'air repris du bâtiment, en fonction desdites mesures de température et d'hygrométrie.during the operation of said water-flowing air-cooling device, the temperature and hygrometry of the outside air and the air present in the vicinity of said return air inlet coming from said building are measured and that 'we bring into said enclosure either fresh air coming from the outside, or air taken from the building, depending on said temperature and hygrometry measurements.
Grâce à cette installation et à ce procédé, on parvient à minimiser la consommation énergétique globale de l'installation via une source vertueuse (l’eau) tout en garantissant le respect de consignes de températures.Thanks to this installation and this process, we manage to minimize the overall energy consumption of the installation via a virtuous source (water) while guaranteeing compliance with temperature instructions.
L'invention concerne également un programme d'ordinateur comportant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des caractéristiques ci-dessus, lorsqu’il est exécuté sur un calculateur tel qu’un automate programmable ou un ordinateur.The invention also relates to a computer program comprising code instructions for implementing the method according to one of the above characteristics, when executed on a computer such as a programmable controller or a computer.
Elle concerne aussi une mémoire d’ordinateur dans laquelle est stocké un programme d’ordinateur, ledit programme comportant des instructions de code qui permettent à une machine de mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une des caractéristiques précédentes, quand ce programme est exécuté par ladite machine.It also relates to a computer memory in which a computer program is stored, said program comprising code instructions which allow a machine to implement the steps of the method according to one of the preceding characteristics, when this program is executed by said machine.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible.Other characteristics and advantages of the invention will appear from the description which will now be made, with reference to the appended drawings, which represent, by way of indication but not limitation, a possible embodiment.
Sur ces dessins :In these drawings:
Un premier aspect de l'invention se rapporte à une installation I de conditionnement d'air d'un bâtiment B, telle que définie dans la revendication 1 annexée.A first aspect of the invention relates to an air conditioning installation I of a building B, as defined in appended claim 1.
En référence à la
De manière avantageuse, l'enceinte 1 est une unité monobloc qui peut être livrée prête à fonctionner. Elle est réalisée préférentiellement sous la forme d'une structure entièrement en aluminium (châssis et carrosserie), ce qui lui confère une tenue à la corrosion particulièrement efficace.Advantageously, enclosure 1 is a one-piece unit which can be delivered ready for operation. It is preferably produced in the form of an entirely aluminum structure (chassis and bodywork), which gives it particularly effective corrosion resistance.
Une telle enceinte est préférentiellement installée sur le toit (préférentiellement plat) d'un bâtiment B, lequel est repéré T à la
Les références INT désignent respectivement l'intérieur du bâtiment B à chauffer ou rafraîchir, et EXT l'extérieur du bâtiment, qui est source d'air neuf.The references INT designate respectively the interior of building B to be heated or cooled, and EXT the exterior of the building, which is a source of fresh air.
On a référencé EAN l'entrée de l'enceinte 1 située sur la gauche de la
La base de l'enceinte 1 est par ailleurs pourvue d'une autre entrée EAR, qui communique avec le bâtiment B par une ouverture pratiquée dans son toit T. Elle est qualifiée d'entrée d'air repris dans le sens où l'air qui la traverse est de l'air provenant du bâtiment B (c'est-à-dire "repris" du bâtiment).The base of enclosure 1 is also provided with another inlet EAR, which communicates with building B through an opening made in its roof T. It is qualified as a returned air inlet in the sense that the air which passes through it is air coming from building B (that is to say "taken back" from the building).
L'air qui traverse ces entrées est repéré par des flèches F1 et F2. Elles forment ensemble un premier groupe.The air passing through these inlets is marked by arrows F1 and F2. Together they form a first group.
L'enceinte 1 comporte par ailleurs une sortie de l'air qui a été accepté à l'intérieur de celle-ci en direction de l'intérieur INT du bâtiment B. Elle est référencée SAB à la
Elle comporte aussi une sortie d'air SAE en direction de l'extérieur EXT dudit bâtiment, qui a pour principale fonction de permettre de disperser à l'extérieur un excès de calories/frigorie générées par échangeur thermodynamique sur lequel on reviendra plus loin dans la description.It also includes an SAE air outlet towards the exterior EXT of said building, the main function of which is to allow excess calories/frigory generated by thermodynamic exchanger to be dispersed outside, to which we will return later in the section. description.
L'air qui traverse ces sorties est repéré par des flèches F3 et F4. Elles forment ensemble un second groupe.The air passing through these outlets is marked by arrows F3 and F4. Together they form a second group.
Selon l'invention, l'enceinte 1 est pourvue d'un ensemble de capteurs de température et d’hygrométrie qui comprend à minima un capteur C de la température et un capteur de l’hygrométrie qui règnent à l'extérieur dudit bâtiment et un capteur de la température et un capteur de l’hygrométrie qui règnent à l'intérieur dudit bâtiment.According to the invention, the enclosure 1 is provided with a set of temperature and hygrometry sensors which comprises at least a temperature sensor C and a hygrometry sensor which prevail outside said building and a temperature sensor and a humidity sensor which prevail inside said building.
Avantageusement, l'installation comporte d'autres capteurs (non représentés à la
Il s'agit par exemple de capteurs commercialisés par la société CARREL et MICHELL INSTRUMENTS.These are, for example, sensors marketed by the company CARREL and MICHELL INSTRUMENTS.
Ci-après sont décrits chacun des éléments additionnels qui équipent l'enceinte de la
Juste au niveau des entrées EAN et EAR sont présents des registres R qui, comme cela est bien connu, sont des moyens d'ouverture sélectifs et à sections variables. Ils comprennent par exemple plusieurs volets mobiles dont l'ouverture et la fermeture peuvent être commandées de façon sélective et quantifiée.Right at the EAN and EAR inputs there are R registers which, as is well known, are selective opening means with variable sections. They include, for example, several movable shutters whose opening and closing can be controlled selectively and quantified.
Juste en aval de ces entrées et en considérant le sens F5 de circulation de l'air entre l'entrée d'air neuf EAN provenant de l'extérieur dudit bâtiment et la sortie d'air SAB en direction de l'intérieur dudit bâtiment se trouve un dispositif 2 de filtrage de l'air neuf.Just downstream of these inlets and considering the direction F5 of air circulation between the fresh air inlet EAN coming from the outside of said building and the air outlet SAB towards the inside of said building is finds a device 2 for filtering fresh air.
Il s'agit d'un dispositif de type connu qui a pour fonction de capter et d'arrêter des particules indésirables contenues dans l'air, de taille différente.This is a device of known type which has the function of capturing and stopping unwanted particles contained in the air, of different sizes.
Entre le premier groupe d'entrées et ledit second groupe de sorties précités et toujours dans le sens F5 de circulation de l'air entre l'entrée d'air neuf EAN provenant de l'extérieur dudit bâtiment et la sortie d'air SAB en direction de l'intérieur dudit bâtiment, l'enceinte 1 est équipée d'un dispositif 3 de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau et d'un échangeur thermodynamique air/air réversible 4 conformé pour fonctionner en refroidissement ou en réchauffage de température.Between the first group of inlets and said second group of aforementioned outlets and always in the direction F5 of air circulation between the fresh air inlet EAN coming from the outside of said building and the air outlet SAB in direction of the interior of said building, the enclosure 1 is equipped with a water-flowing air cooling device 3 and a reversible air/air thermodynamic exchanger 4 designed to operate in cooling or temperature reheating .
Le dispositif 3 de rafraîchissement précité est plus précisément constitué d'un refroidisseur adiabatique direct à haut rendement, qui est formé de panneaux ajourés d’échange de chaleur en matériau inorganique imputrescible.The aforementioned cooling device 3 is more precisely made up of a high-efficiency direct adiabatic cooler, which is formed of perforated heat exchange panels made of rot-proof inorganic material.
Il est arrosé par ruissellement d’eau, de haut en bas.It is watered by running water, from top to bottom.
Le principe de fonctionnement de ce refroidisseur est que l'air traverse ce refroidisseur horizontalement et s'humidifie par contact avec des surfaces mouillées. L'air est refroidi uniquement par évaporation, ce qui ne nécessite aucune alimentation externe.The working principle of this cooler is that air passes through this cooler horizontally and becomes humidified by contact with wet surfaces. The air is cooled solely by evaporation, requiring no external power.
Au sommet de ce refroidisseur adiabatique se trouve un distributeur d'eau (non représenté) qui fournit une alimentation uniforme dans tout l'appareil.At the top of this adiabatic cooler is a water distributor (not shown) which provides an even supply throughout the unit.
L'eau en excès sert à rincer le support formant le refroidisseur pour éliminer d'éventuels débris et les matières minérales qui pourraient se déposer sur le média après le cycle d'humidification.The excess water is used to rinse the support forming the cooler to remove any debris and mineral matter that could be deposited on the media after the humidification cycle.
L'eau qui a traversé cet appareil sans s’évaporer au contact de l’air est récupérée dans un bac (également non représenté), par exemple en matière inoxydable, disposé à sa base et est recyclé vers le sommet du dispositif, avec un apport complémentaire d'eau si nécessaire.The water which has passed through this device without evaporating on contact with the air is recovered in a tank (also not shown), for example made of stainless material, placed at its base and is recycled towards the top of the device, with a additional water if necessary.
Le niveau de l'eau dans le bac de récupération reste constant, par mesure du niveau par des sondes connectées et apport optimisé d’eau (qui permet de diluer l’eau du bac chargée en sels minéraux).The water level in the recovery tank remains constant, by measuring the level using connected probes and optimized water supply (which allows the water in the tank loaded with mineral salts to be diluted).
La conception particulière de ce dispositif garantit l'absence totale de génération de gouttelettes et d'aérosol lorsque l'humidification de l'air est activée. Dans l'ensemble des figures annexée, ce dispositif 3, quand il est en fonctionnement (voir
A la sortie du dispositif 3 est prévu un échangeur thermodynamique air/air réversible 4 conformé pour fonctionner en refroidissement ou en réchauffage de température.At the outlet of the device 3 there is provided a reversible thermodynamic air/air exchanger 4 designed to operate in cooling or reheating of temperature.
Par l’expression « échangeur thermodynamique air/air réversible », on entend bien entendu une machine dans laquelle circule un fluide frigorigène. Son circuit est composé d’un compresseur, d’un détendeur et de deux échangeurs de chaleur, à savoir un évaporateur et un condenseur.By the expression “reversible air/air thermodynamic exchanger”, we of course mean a machine in which a refrigerant circulates. Its circuit is made up of a compressor, an expander and two heat exchangers, namely an evaporator and a condenser.
Afin de faciliter la consultation de la
Dans la mesure où il s'agit d'un appareil réversible, chacun des échangeurs peut fonctionner comme un condenseur ou un évaporateur.As it is a reversible device, each of the exchangers can function as a condenser or an evaporator.
C'est la raison pour laquelle ils portent la double référence 40/41 et 41/40 à la
Plus précisément, l'un des échangeurs 40/41 est positionné juste en aval du dispositif 3 et en amont de la sortie SAB, tandis que l'autre 41/40 est disposé en aval de la sortie SAE.More precisely, one of the exchangers 40/41 is positioned just downstream of device 3 and upstream of the SAB outlet, while the other 41/40 is positioned downstream of the SAE outlet.
Entre le premier échangeur 40/41 et la sortie SAB est disposé un système d'extraction d'air 5 à ventilateur qui a pour fonction de permettre l'admission de l'air à l'intérieur de l'enceinte, via les entrées EAN et EAR.Between the first exchanger 40/41 and the SAB outlet is placed an air extraction system 5 with fan which has the function of allowing the admission of air inside the enclosure, via the EAN inlets and EAR.
Un dispositif de ventilation 6, qui a quant à lui pour but d'expulser vers l'extérieur l'excès de calories/frigories dégagé par l'échangeur 41/40, est prévu à la verticale de celui-ci.A ventilation device 6, which aims to expel to the outside the excess calories/frigories released by the exchanger 41/40, is provided vertically therefrom.
Enfin, l'installation I comporte des moyens (non représentés) conformés pour, en fonction des mesures effectuées par lesdits capteurs C, piloter soit le fonctionnement de l'un ou l'autre des dispositifs de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau 3 et d'échangeur thermodynamique 4, soit leur mise hors service. Il s'agit de préférence d'un automate comprenant un ordinateur.Finally, the installation I comprises means (not shown) designed to, depending on the measurements taken by said sensors C, control either the operation of one or the other of the water-flowing air cooling devices 3 and thermodynamic exchanger 4, i.e. their decommissioning. It is preferably an automaton comprising a computer.
Un autre aspect de l'invention se rapporte à un procédé de pilotage de l'installation telle que celle décrite en référence à la
Un tel procédé comprend les étapes suivantes :Such a process includes the following steps:
- déterminer une température de consigne Tconsigne à l'intérieur INT dudit bâtiment B à ne pas dépasser ;- determine a setpoint temperature Tsetpoint inside INT of said building B not to be exceeded;
- mesurer en continu ou de manière intermittente la température et hygrométrie à l'intérieur bâtiment B ;- measure continuously or intermittently the temperature and hygrometry inside building B;
- dès que ladite température mesurée à l'intérieur du bâtiment B est égale à une température dite d'activation Tactivation, cette température d'activation étant inférieure à ladite température de consigne Tconsigne, piloter la mise en route et le fonctionnement dudit dispositif 3 de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau ;- as soon as said temperature measured inside the building B is equal to a so-called activation temperature Tactivation, this activation temperature being lower than said setpoint temperature Tsetpoint, control the start-up and operation of said device 3 of air cooling with water flow;
- dès que ladite température mesurée à l'intérieur INT du bâtiment est égale ou supérieure à ladite température de consigne Tconsigne, piloter l'arrêt dudit dispositif 3 de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau, ainsi que la mise en route et le fonctionnement dudit échangeur thermodynamique 4 en mode rafraichissement d'air.- as soon as said temperature measured inside INT of the building is equal to or greater than said setpoint temperature Tset, control the shutdown of said water-flowing air cooling device 3, as well as the start-up and operation operation of said thermodynamic exchanger 4 in air cooling mode.
Ainsi, en référence au schéma de la
Dans ces conditions, la fonction "rafraichissement adiabatique" (dispositif 3) est prioritaire par rapport à la thermodynamique (dispositif 4). L’objectif est de contenir la montée en température du bâtiment et de retarder au maximum l’action de l'échangeur thermodynamique 4.Under these conditions, the "adiabatic cooling" function (device 3) has priority over thermodynamics (device 4). The objective is to contain the rise in temperature of the building and to delay the action of thermodynamic exchanger 4 as much as possible.
Lorsque la température ambiante à l'intérieur du bâtiment s’approche du point de consigne, le refroidissement adiabatique s’enclenche. Si les apports de température sont trop importants, on arrive à la température d’activation l'échangeur thermodynamique et on pilote l'arrêt du dispositif 3. Cela correspond à la situation de la
Les calories au niveau de l'échangeur 41/40 sont quant à elles évacuées vers l'extérieur (flèche F4).The calories at the level of the exchanger 41/40 are evacuated to the outside (arrow F4).
Dans un mode réalisation particulier, lorsque la température ambiante passe en dessous du point de désactivation de la thermodynamique, le dispositif 4 s'arrête et le refroidisseur adiabatique 3 se réactive.In a particular embodiment, when the ambient temperature falls below the thermodynamic deactivation point, the device 4 stops and the adiabatic cooler 3 reactivates.
Un exemple non limitatif de la mise en œuvre d'un tel procédé est décrit ci-après.A non-limiting example of the implementation of such a method is described below.
Supposons que l'on ait affaire à un bâtiment pour lequel la température de consigne Tconsigne est fixée à 26°C.Let us assume that we are dealing with a building for which the setpoint temperature Tsetpoint is set at 26°C.
Lorsque le matin en période chaude, la température mesurée à l'intérieur du bâtiment dépasse 24°C qui est la température d'activation Tactivation, le dispositif 3 est activé afin de contenir la montée en température entre 24°C et 26°C.When in the morning during hot periods, the temperature measured inside the building exceeds 24°C which is the activation temperature Tactivation, device 3 is activated in order to contain the rise in temperature between 24°C and 26°C.
Au-delà d'une température de 26°C mesurée à l'intérieur du bâtiment, le dispositif 3 s’arrête, et le dispositif le relais pour climatiser le bâtiment et maintenir au maximum 26°C.Above a temperature of 26°C measured inside the building, device 3 stops, and the device relays it to air-condition the building and maintain a maximum of 26°C.
Ainsi, le dispositif 3 a permis de retarder, voire d’annuler l’activation du dispositif 4, réalisant d’importantes économies d’énergie. La mise en œuvre du dispositif thermodynamique 4 intervient alors en solution alternative pour garantir le confort.Thus, device 3 made it possible to delay or even cancel the activation of device 4, achieving significant energy savings. The implementation of the thermodynamic device 4 then occurs as an alternative solution to guarantee comfort.
En vue d'un rafraîchissement de l'air à l'intérieur du bâtiment et dans l'hypothèse où la température mesurée de l'air extérieur est inférieure à celle à l'intérieur, alors on injecte l'air extérieur vers l'intérieur, alors que les deux appareils 3 et 4 sont inactifs.With a view to cooling the air inside the building and assuming that the measured temperature of the outside air is lower than that inside, then the outside air is injected inside. , while both devices 3 and 4 are inactive.
Plus précisément, dans la situation particulière dans laquelle l'air extérieur est plus frais que l'air à l'intérieur du bâtiment B, aucun des dispositifs 3 et 4 n'est activé et on pilote la fermeture des registres R de l'entrée EAR, de sorte que seul de l'air neuf extérieur est accepté dans l'enceinte 1 et est soufflé dans le bâtiment B.More precisely, in the particular situation in which the outside air is cooler than the air inside the building B, none of the devices 3 and 4 are activated and the closing of the registers R of the entrance is controlled. EAR, so that only fresh outside air is accepted into enclosure 1 and is blown into building B.
Dans une autre situation dans laquelle l'air ambiant du bâtiment B nécessite d'être réchauffé, on pilote seulement l'activation du dispositif en mode chauffage (selon l'illustration de la
Selon un mode de réalisation de ce procédé, celui-ci comporte une étape de mesure de l'hygrométrie de l'air intérieur et, dans l'hypothèse où cette hygrométrie dépasse un seuil de référence, on se limite à piloter la mise en route et le fonctionnement de l'échangeur thermodynamique 4, c'est-à-dire sans mettre en route ledit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau 3.According to one embodiment of this method, it comprises a step of measuring the hygrometry of the indoor air and, in the event that this hygrometry exceeds a reference threshold, we limit ourselves to controlling the start-up and the operation of the thermodynamic exchanger 4, that is to say without starting said water-flowing air cooling device 3.
Cela permet de maintenir le confort à l'intérieur du bâtiment.This helps maintain comfort inside the building.
Selon un autre mode de réalisation de ce procédé, dès lors que la température à l'extérieur ou à l’intérieur du bâtiment dépasse au moins un seuil prédéfini un jour donné J1, on alloue à ce jour J1 le statut "canicule" et que, au moins le jour suivant J2, on pilote la mise en route et l’anticipation du fonctionnement dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau dès lors que la température à l'intérieur du bâtiment dépasse une température prédéterminée dite température de canicule Tcanicule, laquelle est inférieure à ladite température d'activation Tactivation.According to another embodiment of this method, as soon as the temperature outside or inside the building exceeds at least a predefined threshold on a given day J1, day J1 is allocated the "heatwave" status and that , at least on the following day J2, the start-up and anticipation of the operation of said water-flowing air cooling device is controlled as soon as the temperature inside the building exceeds a predetermined temperature called temperature of heatwave Tcanicule, which is lower than said activation temperature Tactivation.
Ainsi, cette régulation permet de détecter un épisode chaud via la température extérieure, la température ambiante à l'intérieur du bâtiment et le décalage de la température ambiante par rapport à la consigne un jour J1.Thus, this regulation makes it possible to detect a hot episode via the outside temperature, the ambient temperature inside the building and the shift in the ambient temperature compared to the setpoint on day D1.
En prenant pour hypothèse que les conditions météorologiques des jours J1 et J2 sont globalement considérées comme similaires, la régulation peut donc réagir au jour J2 par "apprentissage" par rapport à la journée J1.Assuming that the weather conditions on days D1 and D2 are generally considered similar, the regulation can therefore react on day D2 by "learning" compared to day D1.
Les machines thermodynamiques seules ne permettent pas une anticipation sur leur enclenchement sans un impact important sur la consommation journalièreThermodynamic machines alone do not allow anticipation of their activation without a significant impact on daily consumption
De par sa faible consommation, la technologie adiabatique offre la possibilité d’anticiper son enclenchement sans impact significatif sur la consommation électrique journalière, évitant ainsi tout compromis.Due to its low consumption, adiabatic technology offers the possibility of anticipating its activation without significant impact on daily electricity consumption, thus avoiding any compromise.
La solution couplée adiabatique / thermodynamique permet alors d’importantes économies d’énergie tout en garantissant le confort.The coupled adiabatic/thermodynamic solution then allows significant energy savings while guaranteeing comfort.
Cette régulation propose une détection d’un mode CANICULE déclenchant les fonctions d’anticipation le jour J2. Inversement, une détection de « retour à la normale » peut être prévue pour revenir à une gestion "ETE mi-saison" du rafraichissement.This regulation offers detection of a HEAT WEATHER mode triggering the anticipation functions on day D2. Conversely, a “return to normal” detection can be provided to return to “Mid-season SUMMER” management of cooling.
A nouveau, un exemple non limitatif de ce mode réalisation est donné ci-après.Again, a non-limiting example of this embodiment is given below.
On considère que le 10 aout à 12h00, la température intérieure est de 25°C, tandis que la température extérieure est de 30°C pour une température de consigne de 26°C.We consider that on August 10 at 12:00 p.m., the interior temperature is 25°C, while the exterior temperature is 30°C for a set temperature of 26°C.
Dès lors, le rafraichissement adiabatique via le dispositif 3 s’enclenche à 12h.From then on, adiabatic cooling via device 3 starts at 12 p.m.
On considère que les apports thermiques sont tels que la température intérieure dépasse les 26°C à 13h, de sorte que le dispositif 3 s’arrête, tandis que le dispositif 4 s’enclenche pour climatiser le bâtiment jusqu’à sa fermeture à 19h.We consider that the thermal inputs are such that the interior temperature exceeds 26°C at 1 p.m., so that device 3 stops, while device 4 switches on to air-condition the building until it closes at 7 p.m.
La température extérieure approchant les 30°C, l'installation I détecte une période de canicule.With the outside temperature approaching 30°C, installation I detects a heatwave period.
Le lendemain et du fait que l'installation a détecté une période de canicule, le rafraîchissement du bâtiment via le dispositif 3 s’enclenche dès lors que la température intérieure est supérieure ou égale à 22°C à 10h.The next day and because the installation detected a heatwave period, the cooling of the building via device 3 starts as soon as the interior temperature is greater than or equal to 22°C at 10 a.m.
Dans ces conditions, les apports thermiques sont importants, mais le rafraichissement adiabatique anticipé permet de contenir la montée en température du bâtimentUnder these conditions, the thermal inputs are significant, but the anticipated adiabatic cooling makes it possible to contain the rise in temperature of the building
Supposons maintenant que les apports thermiques sont tels que la température intérieure dépasse 26°C à 17h30, le rafraichissement adiabatique via le dispositif 3 s’arrête, la thermodynamique (via le dispositif 4) s’enclenche pour climatiser le bâtiment jusqu’à sa fermeture à 19h.Let us now assume that the thermal inputs are such that the interior temperature exceeds 26°C at 5:30 p.m., adiabatic cooling via device 3 stops, thermodynamics (via device 4) is activated to air-condition the building until it closes to 19h.
Ainsi, la consommation électrique entre le 10 et le 11 aout a été réduit de l’équivalent de 4h30 d’activation des compresseurs du dispositif 4.Thus, electricity consumption between August 10 and 11 was reduced by the equivalent of 4.5 hours of activation of the compressors of device 4.
Enfin, selon un mode de réalisation particulier, lors du fonctionnement dudit dispositif 3 de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau, on mesure la température et l'hygrométrie de l'air extérieur EXT et de l'air présent au voisinage de ladite entrée d'air repris EAR provenant dudit bâtiment B et que l'on fait rentrer dans ladite enceinte 1 soit de l'air neuf provenant de l'extérieur EXT, soit de l'air repris du bâtiment B, en fonction desdites mesures de température et d'hygrométrie.Finally, according to a particular embodiment, during the operation of said water-flowing air cooling device 3, the temperature and hygrometry of the exterior air EXT and of the air present in the vicinity of said return air inlet EAR coming from said building B and which is brought into said enclosure 1 either fresh air coming from outside EXT, or air returned from building B, depending on said temperature measurements and hygrometry.
En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, on calcule en temps réel les conditions optimales entre tout air neuf et tour air repris, l’objectif étant de maximiser la puissance de froid générée par le dispositif 3 tout en réduisant la consommation d’eau.In other words, according to this embodiment, the optimal conditions between all fresh air and return air are calculated in real time, the objective being to maximize the cooling power generated by the device 3 while reducing the consumption of 'water.
Ainsi, par exemple, on considère que l'installation I est en mesure de souffler un débit d’air de 20 000m3/h.So, for example, we consider that installation I is able to blow an air flow rate of 20,000m 3 /h.
Les conditions extérieures (température/hygrométrie) sont les suivantes : 35°C/30%.The external conditions (temperature/hygrometry) are as follows: 35°C/30%.
La température de soufflage d'air dans le bâtiment après refroidissement adiabatique est de 22°C et la consommation d’eau du dispositif 3 est de 160l/h.The air blowing temperature in the building after adiabatic cooling is 22°C and the water consumption of device 3 is 160l/h.
Quant à l'air repris, les conditions de reprise de l'air du bâtiment (température/hygrométrie) sont les suivantes : 25°C/40%.As for the return air, the building air return conditions (temperature/hygrometry) are as follows: 25°C/40%.
La température de soufflage après refroidissement adiabatique par le dispositif 3 est de 16.6°C et la consommation d’eau est de 100l/h.The blowing temperature after adiabatic cooling by device 3 is 16.6°C and the water consumption is 100l/h.
Selon le procédé de l'invention, on calcule en temps réel les conditions de soufflage et l'installation I va automatiquement fonctionner en tout air repris, c'est-à-dire avec les registres R de l'entrée EAN fermés.According to the method of the invention, the blowing conditions are calculated in real time and the installation I will automatically operate with all returned air, that is to say with the registers R of the EAN input closed.
Le gain en puissance de froid est de 37kW, et celui sur la consommation d’eau est de 60l/h.The gain in cooling power is 37kW, and that in water consumption is 60l/h.
Claims (10)
d'une part une entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), ainsi qu'une entrée d'air repris (EAR) provenant dudit bâtiment (B), lesquelles forment ensemble un premier groupe ;
d'autre part une sortie d'air (SAB) en direction de l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B), ainsi qu'une sortie d'air (SAE) en direction de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), lesquelles forment ensemble un second groupe,
caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre :
un ensemble de capteurs (C) de température et un capteur d’hygrométrie comprenant à minima un capteur de la température et un capteur d’hygrométrie qui règne à l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B) et un capteur de la température et d’hygrométrie qui règne à l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B) ;
entre ledit premier groupe et ledit second groupe et dans le sens de circulation de l'air entre ladite première entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B) et ladite sortie d'air (SAB) en direction de l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B), un dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau (3) et un échangeur thermodynamique air/air réversible (4) conformé pour fonctionner en refroidissement ou en réchauffage de température ;
des moyens conformés pour, en fonction des mesures effectuées par lesdits capteurs (C), piloter soit le fonctionnement de l'un ou l'autre des dispositifs de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau (3) et échangeur thermodynamique (4), soit leur mise hors service.Installation (I) for air conditioning of a building (B), which comprises an enclosure (1), which comprises:
on the one hand a fresh air inlet (EAN) coming from the outside (EXT) of said building (B), as well as a returned air inlet (EAR) coming from said building (B), which together form a first group;
on the other hand an air outlet (SAB) towards the interior (INT) of said building (B), as well as an air outlet (SAE) towards the exterior (EXT) of said building ( B), which together form a second group,
characterized by the fact that it further comprises:
a set of temperature sensors (C) and a hygrometry sensor comprising at least a temperature sensor and a hygrometry sensor which prevails outside (EXT) of said building (B) and a temperature sensor and hygrometry which prevails inside (INT) of said building (B);
between said first group and said second group and in the direction of air circulation between said first fresh air inlet (EAN) coming from the outside (EXT) of said building (B) and said air outlet (SAB ) towards the interior (INT) of said building (B), a water-flowing air cooling device (3) and a reversible air/air thermodynamic exchanger (4) designed to operate in cooling or heating temperature;
means designed to, depending on the measurements made by said sensors (C), control either the operation of one or the other of the water-flowing air cooling devices (3) and thermodynamic exchanger (4) , or their decommissioning.
déterminer une température de consigne Tconsigne à l'intérieur (INT) dudit bâtiment (B) à ne pas dépasser ;
mesurer en continu ou de manière intermittente la température et hygrométrie à l'intérieur (INT) du bâtiment (B) ;
dès que ladite température mesurée à l'intérieur dudit bâtiment est égale à une température dite d'activation Tactivation, cette température d'activation étant inférieure à ladite température de consigne Tconsigne, piloter la mise en route et le fonctionnement dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau (3) ;
dès que ladite température mesurée à l'intérieur (INT) dudit bâtiment est égale ou supérieure à ladite température de consigne Tconsigne, piloter l'arrêt dudit dispositif de rafraichissement d'air à ruissellement d'eau (3), ainsi que la mise en route et le fonctionnement dudit échangeur thermodynamique en mode rafraichissement d'air (4).Method for controlling the installation (I) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises the following steps:
determine a setpoint temperature Tsetpoint inside (INT) of said building (B) not to be exceeded;
measure continuously or intermittently the temperature and hygrometry inside (INT) of the building (B);
as soon as said temperature measured inside said building is equal to a so-called activation temperature Tactivation, this activation temperature being lower than said setpoint temperature Tsetpoint, control the start-up and operation of said cooling device air to water flow (3);
as soon as said temperature measured inside (INT) of said building is equal to or greater than said setpoint temperature Tsetpoint, control the shutdown of said water-flowing air cooling device (3), as well as the activation road and the operation of said thermodynamic exchanger in air cooling mode (4).
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4505327A (en) * | 1981-04-09 | 1985-03-19 | Lonnie L. Angle | Heating and cooling apparatus having evaporative cooler and heat pump |
CN104930619B (en) * | 2015-06-02 | 2018-05-15 | 西安工程大学 | The power plant air-conditioning system that evaporation cooling-absorption heat pump is combined |
CN108224628A (en) * | 2017-12-20 | 2018-06-29 | 西安工程大学 | With reference to heat pump driven standpipe indirect evaporating-cooling and the air-conditioner set of solution dehumidification |
WO2018179014A1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-10-04 | Evolving Living Innovation Center E.L.I.C. S.r.l. | Heat pump apparatus for changing air within domestic spaces and respective mode of operation |
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-
2022
- 2022-03-24 FR FR2202607A patent/FR3133903B1/en active Active
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