WO2001065185A1 - Groupe de ventilation auto-pilote a regulation electronique - Google Patents

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WO2001065185A1
WO2001065185A1 PCT/FR2001/000476 FR0100476W WO0165185A1 WO 2001065185 A1 WO2001065185 A1 WO 2001065185A1 FR 0100476 W FR0100476 W FR 0100476W WO 0165185 A1 WO0165185 A1 WO 0165185A1
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differential pressure
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pressure
ventilation
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PCT/FR2001/000476
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Xavier Boulanger
Patrick Damizet
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Aldes Aeraulique S.A.
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    • F24F2140/00—Control inputs relating to system states
    • F24F2140/10—Pressure

Definitions

  • the subject of the present invention is a self-controlled ventilation group with electronic regulation operating in extraction or in blowing, making it possible to control flow rates, whatever the uses of ventilation, in particular variations in the number and nature of the air intakes. , continuous variations in flow, or variations in the environment, in particular drops in the electrical voltage of the fan supply, variation in the back pressure due to the wind, while optimizing consumption and acoustics, for any fan.
  • ventilation In collective or individual dwellings, or in premises for economic or industrial use, ventilation must ensure a minimum of air renewal, necessary for hygiene, air quality and the sustainability of the building.
  • ventilation whose flow rates are not controlled can cause significant thermal losses for the room. Consequently, the purpose of ventilation systems is to make the air renewal flows as stable as possible, while respecting the constraints of minimum flow values to be ensured.
  • a solution known to date consists in having, on the suction conduits, mechanical members which adapt their section to the pressure differences and thus regulate the flow rate. These flow control devices are associated with a fan whose pressure increases with the decrease in flow. Although these fans accept a wide range of differential pressure, they have the major acoustic disadvantage of generating an increasing sound level with increasing differential pressure. Thus, for low flow rates, the noise generated is greater, which often forces manufacturers to offer a large range of motorizations to adapt to different flow configurations and not to generate unnecessary overconsumption.
  • the object of the invention is to provide a ventilation group provided with a regulation device allowing it to automatically adapt to the different flow configurations required by a room, such as a dwelling, with a single motorization. , which is a classic engine, optimizing acoustics and consumption.
  • the ventilation unit it relates to, comprising an electrically driven fan, mounted inside a box into which several conduits open in connection with one or more parts, is characterized in that it comprises orifices of determined section, and a differential pressure sensor measuring the pressure difference between two predetermined points, this value being transmitted to an analysis and control device, which compares the differential pressure value with a reference value and controls the fan, so that it accelerates or slows down its speed of rotation, in order to maintain the value of the differential pressure constant and equal to the reference value, to maintain the desired flow rate at the aforementioned orifices.
  • This solution makes it possible to adjust a differential pressure, from which results a control of the flow rates at the terminals of conduits having passage sections and of known size. It is thus possible to evade the noise linked to the increase in pressure by decreasing the flow rates, and to evade the use of a very expensive specific fan.
  • the invention makes it possible to replace mechanical organs for regulating flow with simple orifices calibrated and carefully profiles, which considerably reduces the overall cost of controlling flow rates.
  • the invention may even be suitable in installations comprising variable-flow vents, in which the passage section depends on a need for ventilation and is independent of the pressure at its terminals. In this case, it is each mouth which fulfills the role of a calibrated orifice.
  • the control device acts on the supply voltage level or on the shape of the fan supply current. Depending on whether the fan is direct current or alternating current, control can be done on the variation of voltage or frequency, or by chopping the supply current.
  • the ventilation flows at the orifices of determined section are controlled by controlling the absolute pressure of the box, that is to say the pressure difference between the inside and the outside of the caisson.
  • This solution is well suited to a network in which the pressure drops are balanced on the various suction pipes and in the case where these suction pipes are short.
  • the ventilation flows at the orifices of determined section are controlled by controlling the differential pressure on either side of a calibrated orifice belonging to the box, or on either side of 'A calibrated orifice, such as an air intake or air blower opening into a room, and of constant section or variable section.
  • the flows at the calibrated orifices of constant section or of variable section, such as an extraction or blowing air outlet opening into a room are controlled by controlling the differential pressure on both sides. 'other of this orifice, the pressure outside the box being equal to that of the part.
  • the differential pressure sensor measures the pressure difference between at least one point located on an air duct and the interior of the box.
  • the differential pressure sensor measures the pressure difference between the average of the pressures inside several air passage ducts and the inside of the box, several tubes emerging in the conduits converging into a tube, which is connected to the sensor.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the ventilation box intended to fulfill the basic needs of fixed flow
  • Figures 2 to 4 are three schematic views illustrating three connection possibilities for measuring the differential pressure to control the ventilation box
  • Figures 5 and 6 are views similar to Figures 3 and 4, in the case of an installation in which the ventilation box is associated with vents with variation in section.
  • the installation shown in Figure 1 comprises a box 2 equipped with a fan 3 comprising an electric motor.
  • the box 2 is equipped with three nozzles 4, 5 and 6 allowing the mounting of three calibrated orifices 21, 22 and 23, and three conduits 7, only one of which is shown in the drawing.
  • Each conduit 7 opens at its other end into a room, at which it is equipped with a simple aesthetic grid 24.
  • a differential pressure sensor 9 is mounted inside the box, which is connected to a housing 10 d 'analysis of the differential pressure and fan control by acting on the power supply 1 2 thereof.
  • the differential pressure sensor measures the absolute pressure of the box, that is to say the pressure difference between the inside and the outside of the box.
  • a pressure tapping tube 1 3 opens outside the box and another pressure taking tube 14 opens inside the box.
  • FIG. 3 represents a second embodiment of this installation in which the same elements are designated by the same references as above.
  • the pressure sensor 9 measures the pressure difference between the interior of the box and a place 1 6 located on the conduit 7 beyond the orifice 23 relative to the box
  • FIG. 4 represents a third embodiment in which the same elements are designated by the same references as above.
  • three tubes respectively 1 7, 1 8 and 1 9 which join in a common tube 20 connected to the pressure sensor 9, make it possible to take the average pressure in the conduits connected to the nozzles 4, 5 and 6.
  • the sensor pressure also takes the pressure inside the box through the tube 1 4.
  • the sensor measures the pressure difference between the average pressure inside the ducts and the pressure inside the box, the orifices 21, 22 and 23 being arranged between the pressure taps
  • the orifice 23 is replaced by a mouth 8 opening into a room whose ventilation is to be ensured, and the pressure differential is measured between a point 1 6 opening into the conduit 7 between the mouth 8 and the box, and a pressure tap 1 3 outside the box
  • the fan speed is adapted to keep the pressure difference measured by the sensor 9 constant.
  • An additional advantage of the device according to the invention lies in the uniqueness of the motorization, whatever the number of tappings, which can vary for example from one to four, and to which air circulation ducts can be connected, without penalize performance.
  • the invention brings a great improvement to the existing technique by providing a regulated ventilation box allowing either a great stability of the flows, or a self-adaptation to the variations of flow with one and the same motorization in the box, while optimizing acoustics and consumption.
  • the invention is not limited to the sole embodiments of this device, described above by way of nonlimiting examples, on the contrary it embraces all the variants. It is thus in particular that it would be possible to produce a ventilation box whose regulation would be obtained from other pressure differences, or that it would be possible to combine certain pressure difference measurements differently or that it would be possible to combine pressure differences supplied by two sensors, for example by sending them to the same analysis and control unit, favoring the measurement which favors the best operating conditions of the fan

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Abstract

Ce groupe de ventilation comporte un ventilateur (3) entraîné électriquement, monté à l'intérieur d'un caisson (2) dans lequel débouchent plusieurs conduits (7) en liaison avec une ou plusieurs pièces. En outre, ce groupe comporte des orifices de section déterminée (21, 22, 23), et un capteur de pression différentielle (9) mesurant la différence de pression entre deux points prédéterminés, cette valeur étant transmise à un dispositif (10) d'analyse et de pilotage, qui compare la valeur de pression différentielle à une valeur de référence et pilote le ventilateur (3), de telle sorte qu'il accélère ou ralentisse sa vitesse de rotation, afin de maintenir la valeur de la pression différentielle constante et égale à la valeur de référence, pour maintenir le débit souhaité aux orifices précités.

Description

Λ „, ,«, „- O 01/65185
1
GROUPE DE VENTILATION AUTO-PILOTE A REGULATION ELECTRONIQUE
La présente invention a pour objet un groupe de ventilation auto-piloté à régulation électronique fonctionnant en extraction ou en soufflage, permettant de maîtriser des débits, quelles que soient les utilisations de ventilation, notamment variations du nombre et de la nature des prises d'air, variations continues de débit, ou les variations d 'environnement, notamment chutes de tension électrique de l'alimentation du ventilateur, variation de la contre-pression due au vent, tout en optimisant la consommation et l'acoustique, pour un ventilateur quelconque.
Dans les logements collectifs ou individuels, ou dans les locaux à usage économique ou industriel, la ventilation doit assurer un minimum de renouvellement d'air, nécessaire pour l'hygiène, la qualité de l'air et la pérennité du bâtiment. Toutefois, une ventilation dont les débits ne sont pas maîtrisés peut entraîner des pertes thermiques importantes pour le local. De ce fait, les systèmes de ventilation ont pour vocation de rendre les débits de renouvellement d'air les plus stables possible, tout en respectant des contraintes de valeurs minimales de débit à assurer.
Une solution connue à ce jour consiste à disposer, sur les conduits d'aspiration, des organes mécaniques qui adaptent leur section aux différences de pression et régulent ainsi le débit. Ces dispositifs de régulation de débit sont associés à un ventilateur dont la pression augmente avec la diminution de débit. Bien que ces ventilateurs acceptent une large plage de pression différentielle, ils présentent l'inconvénient acoustique majeur de générer un niveau sonore croissant avec l'augmentation de pression différentielle. Ainsi, pour des faibles débits, le bruit généré est plus important, ce qui contraint souvent les fabricants à proposer une gamme importante de motorisations pour s'adapter aux différentes configurations de débits et pour ne pas générer une surconsommation inutile.
Il existe également en matière de ventilation des besoins de modulation du débit dans une même configuration. Ces besoins peuvent être liés à une augmentation de la pollution ou de l'humidité due à la présence humaine. Dans ce cas, les variations de débit peuvent être continues et sont souvent associées à un ventilateur spécifique dit "à courbe plate", c'est-à-dire assurant une pression assez stable pour la plage de débit considérée. D'autres besoins de ventilation sont liés à des pollutions spécifiques brutales, par exemple passage à un débit supplémentaire en cuisine lors de cuissons, passage à un débit supplémentaire en salle de bain lors de douches. Ce cas est généralement traité par une double vitesse des ventilateurs qui adaptent la pression, mais uniquement pour deux débits connus et stabilisés, ce qui multiplie le nombre de produits dès que l'on souhaite plus de deux débits distincts ou plusieurs couples de débits.
Le but de l'invention- est de fournir un groupe de ventilation muni d'un dispositif de régulation lui permettant de s'adapter automatiquement aux différentes configurations de débit nécessitées par un local, tel qu'un logement, avec une seule et même motorisation, qui est une motorisation classique, en optimisant l'acoustique et la consommation .
A cet effet, le groupe de ventilation qu'elle concerne, comportant un ventilateur entraîné électriquement, monté à l'intérieur d'un caisson dans lequel débouchent plusieurs conduits en liaison avec une ou plusieurs pièces, est caractérisé en ce qu' il comporte des orifices de section déterminée, et un capteur de pression différentielle mesurant la différence de pression entre deux points prédéterminés, cette valeur étant transmise à un dispositif d'analyse et de pilotage, qui compare la valeur de pression différentielle à une valeur de référence et pilote le ventilateur, de telle sorte qu'il accélère ou ralentisse sa vitesse de rotation, afin de maintenir la valeur de la pression différentielle constante et égale à la valeur de référence, pour maintenir le débit souhaité aux orifices précités. Cette solution permet de régler une pression différentielle d'où résulte une maîtrise des débits aux bornes de conduits possédant des sections de passage et de taille connues. Il est ainsi possible de se soustraire au bruit lié à l'augmentation de pression par baisse des débits, et de se soustraire à la mise en oeuvre d'un ventilateur spécifique très onéreux.
Ainsi, l'invention permet de remplacer des organes mécaniques de réglage de débit par de simples orifices calibrés et soigneusement profilés, ce qui réduit considérablement le coût global de la maîtrise des débits.
L'invention peut même convenir dans des installations comportant des bouches à débit variable, dans lesquelles la section de passage dépend d 'un besoin de ventilation et est indépendante de la pression à ses bornes. Dans ce cas, c'est chaque bouche qui remplit le rôle d 'un orifice calibré.
Suivant une caractéristique de l'invention, le dispositif de pilotage agit sur le niveau de tension d'alimentation ou sur la forme du courant d'alimentation du ventilateur. Selon que le ventilateur est à courant continu ou à courant alternatif, le pilotage peut se faire sur la variation de tension ou de fréquence, ou par hachage du courant d'alimentation.
Il en résulte une consommation toujours adaptée aux besoins de ventilation avec un niveau sonore faible même à petit débit, et une large couverture des configurations possibles.
Suivant une première forme d'exécution de ce groupe, les débits de ventilation aux orifices de section déterminée sont maîtrisés en contrôlant la pression absolue du caisson, c'est-à-dire la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du caisson. Cette solution convient bien avec un réseau dans lequel les pertes de charge sont équilibrées sur les différents conduits d'aspiration et dans le cas où ces conduits d 'aspiration sont courts.
Selon une autre forme d 'exécution de ce groupe, les débits de ventilation aux orifices de section déterminée sont maîtrisés en contrôlant la pression différentielle de part et d'autre d 'un orifice calibré appartenant au caisson, ou de part et d'autre d'un orifice calibré, tel qu'une bouche d'extraction ou d 'insufflation d'air débouchant dans une pièce, et de section constante ou de section variable.
Suivant une possibilité dans ce cas, les débits aux orifices calibrés de section constante ou de section variable, tels qu'une bouche d'extraction ou d'insufflation d'air débouchant dans une pièce sont maîtrisés en contrôlant la pression différentielle de part et d'autre de cet orifice, la pression extérieure au caisson étant égale à celle de la pièce.
Selon une autre forme d 'exécution de ce groupe, le capteur de pression différentielle mesure la différence de pression entre au moins un point situé sur un conduit d'air et l'intérieur du caisson. Avantageusement, dans ce cas, et afin d'améliorer la précision de la régulation du débit, le capteur de pression différentielle mesure la différence de pression entre la moyenne des pressions à l'intérieur de plusieurs conduits de passage d 'air et l'intérieur du caisson, plusieurs tubes débouchant dans les conduits convergeant en un tube, qui est relié au capteur.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce groupe de ventilation auto-piloté à régulation électronique
Figure 1 est une vue en perspective éclatée du caisson de ventilation destiné à remplir les besoins de base de débit fixe ,
Figures 2 à 4 sont trois vues schématiques illustrant trois possibilités de raccordement de mesure de la pression différentielle pour réaliser le pilotage du caisson de ventilation ;
Figures 5 et 6 sont des vues similaires aux figures 3 et 4, dans le cas d'une installation dans laquelle le caisson de ventilation est associé à des bouches à variation de section.
L'installation représentée à la figure 1 comprend un caisson 2 équipé d'un ventilateur 3 comprenant un moteur électrique. Le caisson 2 est équipé de trois piquages 4, 5 et 6 permettant le montage de trois orifices calibrés 21 , 22 et 23, et de trois conduits 7, dont seul l'un est représenté au dessin. Chaque conduit 7 débouche par son autre extrémité dans une pièce, au niveau de laquelle il est équipé d'une simple grille esthétique 24. Un capteur de pression différentielle 9 est monté à l'intérieur du caisson, qui est relié à un boîtier 10 d'analyse de la pression différentielle et de pilotage du ventilateur en agissant sur l'alimentation électrique 1 2 de celui-ci.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 2, le capteur de pression différentielle mesure la pression absolue du caisson, c'est-à-dire la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du caisson. A cet effet, un tube de prise de pression 1 3 débouche à l'extérieur du caisson et un autre tube de prise de pression 14 débouche à l'intérieur du caisson.
La figure 3 représente une seconde forme d'exécution de cette installation dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, le capteur de pression 9 mesure la différence de pression entre l'intérieur du caisson et un endroit 1 6 situé sur le conduit 7 au-delà de l'orifice 23 par rapport au caisson
La figure 4 représente une troisième forme d'exécution dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, trois tubes respectivement 1 7, 1 8 et 1 9 qui se rejoignent en un tube commun 20 relié au capteur de pression 9, permettent de prendre la pression moyenne dans les conduits raccordés aux piquages 4, 5 et 6. Le capteur de pression prend également la pression à l'intérieur du caisson par l'intermédiaire du tube 1 4. Le capteur mesure la différence de pression entre la pression moyenne a l'intérieur des conduits et la pression à l'intérieur du caisson, les orifices 21 , 22 et 23 étant disposés entre les prises de pression
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 5, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment, l'orifice 23 est remplacé par une bouche 8 débouchant dans une pièce dont la ventilation est à assurer, et la pression différentielle est mesurée entre un point 1 6 débouchant dans le conduit 7 entre la bouche 8 et le caisson, et une prise 1 3 de pression à l'extérieur du caisson
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 6, qui correspond à la forme d'exécution représentée à la figure 4, l'orifice 23 se trouve remplacé par une bouche 8 débouchant dans la pièce dont la ventilation est à assurer, la pression différentielle mesurée étant obtenue à partir de la mesure de la moyenne des pressions des conduits 7 et la pression extérieure au caisson obtenue par mesure au niveau de la prise 1 3.
Dans tous les cas, la vitesse du ventilateur est adaptée pour maintenir constante la différence de pression mesurée par le capteur 9.
Un intérêt supplémentaire du dispositif selon l'invention réside dans l'unicité de la motorisation, quel que soit le nombre de piquages, qui peuvent varier par exemple de un à quatre, et auxquels peuvent être raccordés des conduits de circulation d'air, sans pénaliser la performance.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un caisson de ventilation régulée permettant soit une grande stabilité des débits, soit une auto-adaptation aux variations de débit avec une seule et même motorisation dans le caisson, tout en optimisant l'acoustique et la consommation.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs, elle en embrasse au contraire toutes les variantes C'est ainsi notamment qu' il serait possible de réaliser un caisson de ventilation dont la régulation serait obtenue à partir d'autres différences de pression, ou qu'il serait possible de combiner différemment certaines mesures de différence de pression ou qu'il serait possible de combiner les différences de pression fournies par deux capteurs, par exemple en les adressant au même boîtier d 'analyse et de pilotage, en privilégiant la mesure qui favorise les meilleures conditions de fonctionnement du ventilateur

Claims

REVENDICATIONS
1 . Groupe de ventilation auto-piloté à régulation électronique fonctionnant en extraction ou en soufflage, comportant un ventilateur (3) entraîné électriquement, monté à l'intérieur d'un caisson (2) dans lequel débouchent plusieurs conduits (7) en liaison avec une ou plusieurs pièces, caractérisé en ce qu'il comporte des orifices de section déterminée (8, 21 , 22, 23), et un capteur de pression différentielle (9) mesurant la différence de pression entre deux points prédéterminés, cette valeur étant transmise à un dispositif ( 1 0) d'analyse et de pilotage, qui compare la valeur de pression différentielle à une valeur de référence et pilote le ventilateur (3), de telle sorte qu'il accélère ou ralentisse sa vitesse de rotation, afin de maintenir la valeur de la pression différentielle constante et égale à la valeur de référence, pour maintenir le débit souhaité aux orifices précités.
2. Groupe de ventilation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif de pilotage ( 1 0) agit sur le niveau de tension d'alimentation ou sur la forme du courant d'alimentation du ventilateur (3) .
3. Groupe de ventilation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les débits de ventilation aux orifices (8, 21 , 22, 23) de section déterminée sont maîtrisés en contrôlant la pression absolue du caisson (2), c'est-à-dire la différence de pression entre l'intérieur ( 14) et l'extérieur ( 1 3) du caisson (2) .
4. Groupe de ventilation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les débits de ventilation aux orifices (21 , 22, 23) de section déterminée sont maîtrisés en contrôlant la pression différentielle de part et d'autre ( 14, 1 6) d'un orifice calibré (21 , 22) appartenant au caisson (2), ou de part et d'autre ( 1 3, 1 6) d'un orifice calibré, tel qu'une bouche d'extraction ou d'insufflation d'air (8) débouchant dans une pièce, et de section constante ou de section variable.
5. Groupe de ventilation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les débits aux orifices calibrés (21 , 22, 23, 8) de section constante ou de section variable, tels qu' une bouche (8) d'extraction ou d' insufflation d'air débouchant dans une pièce sont maîtrisés en contrôlant la pression différentielle de part et d 'autre de cet orifice, la pression extérieure au caisson étant égale à celle de la pièce.
6. Groupe de ventilation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le capteur de pression différentielle (9) mesure la différence de pression entre au moins un point situé sur un conduit d'air et l'intérieur du caisson.
7. Groupe de ventilation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de pression différentielle (9) mesure la différence de pression entre la moyenne des pressions à l'intérieur de plusieurs conduits de passage d'air et l'intérieur du caisson (2), plusieurs tubes ( 1 7, 18, 1 9) débouchant dans les conduits (7) convergeant en un tube (20), qui est relié au capteur (9) .
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