WO2014096587A1 - Procédé et dispositif de rafraîchissement de l'air dans une habitation et procédé de fonctionnement - Google Patents

Procédé et dispositif de rafraîchissement de l'air dans une habitation et procédé de fonctionnement Download PDF

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WO2014096587A1
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air
vmc
dwelling
water heater
double
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PCT/FR2013/052781
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Serge Buseyne
Damien Labaume
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Aldes Aeraulique
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    • Y02B30/56—Heat recovery units

Definitions

  • the present invention relates to the field of home ventilation and including adaptations to refresh the air blown into the home in the best conditions.
  • VMC controlled mechanical ventilation
  • thermodynamic water heaters for producing domestic hot water and being completely independent VMC double flow.
  • These water heaters can operate with outside air, exhaust air or ambient air.
  • the water heaters on the extracted air use the energy of the air extracted from the house to heat the water.
  • These water heaters require a minimum flow of exhaust air to properly operate their refrigerant circuit.
  • the extracted air is then discharged to the outside after being cooled by passing over the evaporator of the water heater.
  • the document FR 2926626 describes a domestic hot water production installation for a collective dwelling comprising a plurality of water heaters for equipping a plurality of individual dwellings of the dwelling. This document describes the use of a thermodynamic water heater with evaporator associated with a VMC double-flow. Nevertheless, it appears that the cooled air is simply evacuated by the extraction network.
  • thermodynamic water heater which is a stale air
  • thermodynamic water heater which is a stale air
  • These two functional modules respectively proposing the production of domestic hot water and the temperate ventilation can thus ensure, in combination, a third function, namely refreshing the renewed air.
  • the prior art does not disclose or teach a cooling of the incoming air by the recovery of negative calories or frigories at the water heater.
  • the invention also relates to the device for implementing the method.
  • This device is remarkable in that it includes
  • thermodynamic water heater on extract air comprising an evaporator and,
  • the VMC comprises a valve on the extracted air or on the blown air, the control of which prevents the stale cooled air from coming to cool the fresh air coming from the outside thus allowing the optimized regulation to avoid over cooling if it is not necessary.
  • the two standard functional groups each have a fan which makes one redundant.
  • the fan of the thermodynamic water heater is removed. Such a suppression decreases the consumption of the proposed association despite the addition of additional functionality.
  • the device comprises a presence sensor occupants of the dwelling providing information particularly useful for optimizing the operation of the device described below.
  • the device comprises a chamber for recycling the air injected by the dual flow VMC.
  • the air blown into the main rooms may be at a low temperature if the bypass valve is not activated.
  • the recycling of the ambient air which has the effect of blowing air at a temperature close to the atmosphere when there is no need for cooling.
  • heating system causes overheating in the room where the recycling is located, heating system such as a chimney, a stove, a solar system, etc.
  • the recycling mouth can also take the warm air from a lanai.
  • Another solution avoiding recycling is to equip the device with a battery downstream of the VMC double-flow on the network of air blown, battery powered by the heating circuit or solar panels.
  • One method is to recirculate the air leaving the VMC double-flow by the recycling box when the presence of the occupants of the home is detected.
  • Another method consists in activating the valve on the extracted air or on the air blown in order to prevent the stale cooled air from coming to cool the fresh air coming from the outside if it is not necessary.
  • the method consists in maintaining the passage of the cooled air stale in the VMC when the presence of the occupants of the dwelling is not detected.
  • the outside air can, during the day, be hot enough for the bypass valve of the exchanger to be activated, which prevents the cooled air coming from the water heater from being directed towards the exchanger and thus the frigories do not come back into the house while making the renewal of the air comfortable.
  • bypass valve is not activated and the exhausted cooled air from the evaporator of the thermodynamic water heater is directed towards the exchanger of the VMC double flow. Such an operation ensures the cooling of the air blown and avoids the heating of the frame.
  • Figure 1 is a schematic drawing of an individual dwelling equipped with an embodiment of a device according to the invention
  • Figure 2 is a schematic drawing of an individual dwelling equipped with a second embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic drawing of a collective housing whose housing is equipped with another embodiment of a device according to the invention.
  • the dwelling 100 is equipped with a device for cooling the air blown into the main rooms.
  • This device comprises a dual flow controlled mechanical ventilation (VMC) referenced 200 and comprising an exchanger (not shown).
  • VMC dual flow controlled mechanical ventilation
  • At least one sheath communicating with the outside 210 in order to suck in fresh air from outside
  • At least one sheath 220 in order to discharge air towards the outside, and
  • At least one sheath 230 blowing the renewed air into the main parts.
  • This device also comprises a thermodynamic water heater extracted air 300 comprising an evaporator (not shown).
  • This water heater comprises at least one sheath 310 communicating with the technical parts in order to recover calories.
  • the device further comprises a sheath 400 passing the cooled air from the evaporator of the water heater 300 to the exchanger of the VMC double flow 200.
  • the air entering through the sheath 210 can therefore be refreshed before its passage in the or insufflation ducts 230.
  • a thermodynamic water heater has two orifices:
  • the sheath 400 of the invention is connected to the exit port of the exhausted cooled air which was conventionally discharged to the outside.
  • the other end of the sheath 400 is connected to the conventional inlet orifice of the exhaust air extracted typically equipping a VMC double-flow.
  • only the double flow VMC 200 comprises a fan 240 for moving air in the ducts.
  • said fan or means for moving air is separated from other functional modules.
  • such a means is disposed downstream of the water heater, but can be arranged indifferently upstream or downstream of the VMC double-flow.
  • a bypass valve 410 associated with a sheath 420 makes it possible to directly exhaust the stale cooled air to the outside when the cooling of the incoming fresh air is not necessary.
  • this direct evacuation can be implemented differently depending on the position of the fans.
  • FIG. 1 also illustrates a presence sensor 110 which is connected to a control module (not shown) controlling the motors on the one hand and the bypass valve on the other.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of the device of the invention taking again that of FIG. 1 but where the cooled air (thanks to the sheath 400 connecting the water heater 300 and the VMC 200) is heated between its output of the double flow VMC 300 and the insufflation mouth (s) (not shown) present at the end of the sleeve or sheaths 230.
  • the device comprises a recycling box 500 which, interposed between said ends and the outlet of the VMC 300, ensures, if necessary, the heating of the air from the hot air of any room accommodating a heating means.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of the device adapted to a collective housing where each housing is equipped with a device according to the invention. It is the external centralized ventilation boxes 500 common to all the housings which then ensure the movement of the air and in particular the air from the water heater 300 to the double flow VMC 200.
  • the means for setting the air conditioner in motion. the air is here dissociated from the two functional modules water heater and VMC.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de rafraîchissement en période chaude de l'air insufflé d'une habitation (100), caracterisé en ce qu'il consiste à rafraîchir l'air entrant d'une ventilation mécanique contrôlée double flux (200) en récupérant les frigories ou calories négatives contenues dans l'air refroidi issu de l'évaporateur d'un chauffe-eau thermodynamique sur air extrait (300). L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre en œuvre ledit procédé ainsi que le procédé de fonctionnement d'un tel dispositif. Applications : ventilation des habitations.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE RAFRAÎCHISSEMENT DE L'AIR DANS UNE
HABITATION ET PROCÉDÉ DE FONCTIONNEMENT
DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention a trait au domaine de la ventilation des habitations et notamment aux adaptations permettant de rafraîchir l'air insufflé dans l'habitation dans les meilleures conditions.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
Les maisons dites « très basse consommation » consomment très peu d'énergie mais font apparaître un besoin de rafraîchissement en période d'été mais aussi en mi-saison. En effet, lors de telles périodes, les capacités d'isolation dues à la conception de telles habitations maintiennent la chaleur et créent un inconfort notable. Il est alors conseillé d'associer aux installations de la maison, un dispositif de rafraîchissement dont la présence peut néanmoins aller à 1 'encontre des exigences réglementaires de telles maisons en requérant une consommation supplémentaire.
Pour répondre à un tel besoin, il existe dans l'art antérieur l'association d'une ventilation mécanique contrôlée (appelée ci- dessous VMC) double flux à un puits canadien. La VMC double flux comprend un réseau de gaines d'insufflation et de gaines d'extraction et un échangeur qui permet de récupérer la chaleur de l'air extrait et ainsi de chauffer l'air entrant avant qu'il ne soit insufflé dans les pièces d'habitation. Cette technique permet de faire d'importantes économies d'énergie et d'assurer un confort optimal en filtrant et en préchauffant l'air entrant. Le puits canadien permet quant à lui d'amener de l'air refroidi dans l'habitation et de participer ainsi au confort pendant l'été. Ces techniques sont néanmoins coûteuses et leur association a en outre pour inconvénient d'amener un air chargé souvent de bactéries si le conduit dans lequel il passe (puits canadien) n'est pas parfaitement entretenu et muni d'un filtre performant en amont. De même, cette association n'est pas toujours possible sur toutes les habitations.
Il existe également, notamment dans les mêmes habitations dites très basse consommation, les chauffe-eau thermodynamiques permettant de produire de l'eau chaude sanitaire et étant complètement indépendants des VMC double flux. Ces chauffe-eau peuvent fonctionner grâce à l'air extérieur, l'air extrait ou l'air ambiant. Les chauffe-eau sur l'air extrait utilisent l'énergie de l'air extrait de l'habitation pour chauffer l'eau. Ces chauffe-eau ont besoin d'un débit minimal d'air extrait pour faire fonctionner correctement leur circuit frigorifique. L'air extrait est ensuite rejeté à l'extérieur après avoir été refroidi en passant sur 1 ' évaporateur du chauffe-eau.
Le document FR 2926626 décrit une installation de production d'eau chaude sanitaire pour une habitation collective comportant une pluralité de chauffe-eau destinés à équiper une pluralité de logements individuels de l'habitation. Ce document décrit l'utilisation d'un chauffe eau thermodynamique avec évaporateur associé à une VMC double-flux. Néanmoins, il apparaît que l'air refroidi est simplement évacué par le réseau d'extraction.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à produire de l'air rafraîchi dans une habitation -très basse consommation-, déjà équipée ou non d'un chauffe-eau thermodynamique et/ou d'une VMC double-flux. Ces recherches ont abouti à la conception et à la réalisation d'un procédé de rafraîchissement en période chaude de l'air insufflé d'une habitation, remarquable en ce qu'il consiste à rafraîchir l'air entrant d'une ventilation mécanique contrôlée double flux en récupérant les frigories ou calories négatives contenues dans l'air refroidi issu de 1 ' évaporateur d'un chauffe-eau thermodynamique sur air extrait.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet de récupérer les frigories sur l'air refoulé par le chauffe-eau thermodynamique (qui est un air vicié) par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur du système double-flux afin de refroidir l'air entrant. Ces deux modules fonctionnels proposant respectivement la production d'eau chaude sanitaire et la ventilation tempérée peuvent ainsi assurer, en association, une troisième fonction à savoir le rafraîchissement de l'air renouvelé.
Ce rafraîchissement est donc gratuit à partir de l'instant où de l'eau chaude sanitaire est produite. De plus, les frigories ou calories négatives sont récupérées à partir d'une pompe à chaleur qui n'a pas besoin d'être réversible. La mise en œuvre d'un tel procédé évite ainsi les surchauffes qui peuvent se produire très rapidement dans les maisons très basse consommation et participe ainsi à un meilleur confort.
L'art antérieur ne divulgue pas ni n'enseigne un refroidissement de l'air entrant par la récupération de calories négatives ou de frigories au niveau du chauffe-eau.
L'invention concerne également le dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé. Ce dispositif est remarquable en ce qu'il comprend
- une VMC double flux amenant dans l'habitation de l'air neuf issu de l'extérieur et comprenant un échangeur,
un chauffe-eau thermodynamique sur air extrait comprenant un évaporateur et,
une gaine faisant passer l'air refroidi vicié issu de 1 ' évaporateur du chauffe-eau vers l' échangeur de la VMC double flux.
Il apparaît ainsi que l'association des deux groupes fonctionnels peut être réalisée pour améliorer le confort sans contraintes supplémentaires. En effet, l'air vicié issu du chauffe- eau n'est pas recyclé. De plus, l'installation est particulièrement simple puisqu'elle ne requiert qu'un rajout de gaine faisant communiquer un air qui est de toute façon rejeté vers un échangeur déjà existant. Ces deux groupes fonctionnels peuvent déjà coexister dans des habitations existantes, mais fonctionnent séparément et ne sont pas associés ni en fonctionnement ni matériellement comme le propose l'invention. Ainsi, cette association ne peut pas être réalisée au moyen de groupes fonctionnels standards du commerce.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, la VMC comprend une vanne sur l'air extrait ou sur l'air insufflé dont la commande empêche l'air refroidi vicié de venir refroidir l'air neuf issu de l'extérieur autorisant ainsi la régulation optimisée pour éviter de trop refroidir si ce n'est pas nécessaire. De plus, les deux groupes fonctionnels standards présentent chacun un ventilateur ce qui en rend un, redondant. Selon un mode de réalisation préféré, le ventilateur du chauffe-eau thermodynamique est supprimé. Une telle suppression diminue la consommation de l'association proposée malgré l'ajout d'une fonctionnalité supplémentaire . Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le dispositif comprend un capteur de présence des occupants de l'habitation fournissant une information particulièrement utile pour optimiser le fonctionnement du dispositif décrit plus bas.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif comprend un caisson de recyclage de l'air insufflé par la VMC double flux. En effet, lorsque la température de l'air extérieur est très basse et que le chauffe-eau thermodynamique fonctionne, l'air insufflé dans les pièces principales peut être à une température faible si la vanne de dérivation n'est pas activée. Pour améliorer le confort, une possibilité réside dans le recyclage de l'air ambiant ce qui a pour effet d'insuffler de l'air à une température proche de l'ambiance quand il n'y a pas de besoin de rafraîchissement .
Cette solution est particulièrement pertinente lorsque le système de chauffage amène des surchauffes dans la pièce où se situe la bouche de recyclage, système de chauffage tels une cheminée, un poêle, un système solaire etc..
La bouche de recyclage peut également prendre l'air réchauffé d'une véranda.
Une autre solution évitant le recyclage est d'équiper le dispositif avec une batterie en aval de la VMC double-flux sur le réseau d'air insufflé, batterie alimentée par le circuit de chauffage ou des panneaux solaires.
Plusieurs procédés de fonctionnement également objets de l'invention ont été envisagés dont les exemples décrits ci-dessous. Un procédé consiste à faire recycler l'air sortant de la VMC double- flux par le caisson de recyclage lorsque la présence des occupants de l'habitation est détectée. Un autre procédé consiste à activer la vanne sur l'air extrait ou sur l'air insufflé pour empêcher l'air refroidi vicié de venir refroidir l'air neuf issu de l'extérieur si ce n'est pas nécessaire. Selon une autre caractéristique, le procédé consiste à maintenir le passage de l'air refroidi vicié dans la VMC lorsque la présence des occupants de l'habitation n'est pas détectée.
Ainsi :
* lorsque l'hiver est froid, - soit les occupants de l'habitation sont présents et le dispositif recycle l'air pour rendre confortable l'amenée d'air,
- soit les occupants sont absents et indépendamment du chauffage les personnes n'ont donc pas d' inconfort de ventilation.
* A la mi saison,
l'air extérieur peut, en journée, être suffisamment chaud pour que la vanne de dérivation de l'échangeur soit activée ce qui évite que l'air refroidi issu du chauffe eau ne soit orienté vers l'échangeur et qu'ainsi les frigories ne reviennent dans l'habitation tout en rendant confortable le renouvellement de l'air.
* En été,
la vanne de dérivation n'est pas activée et l'air refroidi vicié issu de 1 ' évaporateur du chauffe-eau thermodynamique est orienté vers l'échangeur de la VMC double flux. Un tel fonctionnement assure le rafraîchissement de l'air insufflé et évite le réchauffement du bâti .
Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un dessin schématique d'une habitation individuelle équipée d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention ;
La figure 2 est un dessin schématique d'une habitation individuelle équipée d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention ;
La figure 3 est un dessin schématique d'une habitation collective dont les logements sont équipés d'un autre mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Comme illustrée sur le dessin de la figure 1, l'habitation 100 est équipée d'un dispositif permettant de rafraîchir l'air insufflé dans les pièces principales. Ce dispositif comprend une ventilation mécanique contrôlée (VMC) double flux référencée 200 et comprenant un échangeur (non illustré). Cette VMC comprend :
au moins une gaine communiquant avec l'extérieur 210 afin d'aspirer de l'air neuf en provenance de l'extérieur
- au moins une gaine 220 afin de rejeter de l'air vers l'extérieur, et,
- au moins une gaine 230 insufflant l'air renouvelé dans les pièces principales .
Ce dispositif comprend également un chauffe-eau thermodynamique sur air extrait 300 comprenant un évaporateur (non illustré). Ce chauffe-eau comprend au moins une gaine 310 communiquant avec les pièces techniques afin de récupérer des calories.
Conformément à l'invention, le dispositif comprend en outre une gaine 400 faisant passer l'air refroidi issu de 1 ' évaporateur du chauffe-eau 300 vers l' échangeur de la VMC double flux 200. L'air entrant par la gaine 210 peut donc être rafraîchi avant son passage dans la ou les gaines d'insufflation 230. Classiquement, un chauffe- eau thermodynamique comporte deux orifices :
- un orifice d'entrée de l'air extrait et
un orifice de sortie de l'air refroidi vicié issu de 1 ' évaporateur , ledit orifice étant situé en aval de ce dernier. La gaine 400 de l'invention est connectée à l'orifice de sortie de l'air refroidi vicié qui était classiquement évacué vers l'extérieur. L'autre extrémité de la gaine 400 vient se connecter à l'orifice classique d'entrée de l'air extrait vicié équipant classiquement une VMC double-flux.
Dans un tel mode de réalisation, seule la VMC double flux 200 comporte un ventilateur 240 de mise en mouvement de l'air dans les gaines. Selon un autre mode de réalisation, ledit ventilateur ou moyen de mise en mouvement de l'air est dissocié des autres modules fonctionnels. Bien entendu, un tel moyen est disposé en aval du chauffe-eau, mais peut être disposé indifféremment en amont ou en aval de la VMC double-flux.
Une vanne de dérivation 410 associée à une gaine 420 permet de directement évacuer l'air refroidi vicié vers l'extérieur lorsque le refroidissement de l'air neuf entrant n'est pas nécessaire. Bien entendu, cette évacuation directe peut être mise en œuvre différemment selon la position des ventilateurs. Il existe en effet plusieurs possibilités de réaliser un circuit de dérivation selon que le flux soit de soufflage ou d'extraction et que le ventilateur soit disposé en amont ou en aval de l'échangeur.
Le dessin de la figure 1 illustre également un capteur de présence 110 qui est relié à un module de commande (non illustré) commandant les moteurs d'une part et la vanne de dérivation d'autre part .
Le dessin de la figure 2 illustre un mode de réalisation du dispositif de l'invention reprenant celui de la figure 1 mais où l'air refroidi (grâce à la gaine 400 reliant le chauffe-eau 300 et la VMC 200) est réchauffé entre sa sortie de la VMC double flux 300 et la ou les bouches d'insufflation (non illustrées) présentes à l'extrémité de la ou des gaines 230. Selon ce mode de réalisation, le dispositif comprend un caisson de recyclage 500 qui, intercalé entre lesdites extrémités et la sortie de la VMC 300, assure, si nécessaire, le chauffage de l'air à partir de l'air chaud d'une pièce quelconque accueillant un moyen de chauffage.
Le dessin de la figure 3 illustre un mode de réalisation du dispositif adapté à une habitation collective où chaque logement est équipé d'un dispositif conforme à l'invention. Ce sont les caissons de ventilation centralisés extérieurs 500 communs à l'ensemble des logements qui assurent alors le déplacement de l'air et notamment de l'air du chauffe-eau 300 vers la VMC double flux 200. Le moyen de mise en mouvement de l'air est donc ici dissocié des deux modules fonctionnels chauffe-eau et VMC.
On comprend que le dispositif et les procédés, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de 1 ' invention .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de rafraîchissement en période chaude de l'air insufflé d'une habitation (100) , CARACTERISE EN CE QU'il consiste à rafraîchir l'air entrant d'une ventilation mécanique contrôlée double flux (200) en récupérant les frigories ou calories négatives contenues dans l'air refroidi issu de 1 ' évaporateur d'un chauffe-eau thermodynamique sur air extrait (300) .
2. Dispositif de rafraîchissement d'une habitation, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend :
- une ventilation mécanique contrôlée double flux (VMC) (200) amenant dans l'habitation de l'air neuf issu de l'extérieur et comprenant un échangeur,
- un chauffe-eau thermodynamique sur air extrait (300) comprenant un évaporateur et,
- une gaine (400) faisant passer l'air refroidi vicié issu de 1 ' évaporateur du chauffe-eau (300) vers l' échangeur de la VMC double flux (200) .
3. Dispositif selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la VMC (200) comprend une vanne (410) sur l'air extrait ou sur l'air insufflé dont la commande empêche l'air refroidi vicié de venir refroidir l'air neuf issu de l'extérieur si ce n'est pas nécessaire .
4. Dispositif selon la revendication 2 où les deux groupes fonctionnels de la ventilation mécanique contrôlée (VMC) (200) et du chauffe-eau thermodynamique sur air extrait (300) présentent chacun un ventilateur, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le ventilateur du chauffe-eau thermodynamique (300) est supprimé.
5. Dispositif selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend un capteur de présence (110) des occupants de l'habitation.
6. Dispositif selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend un caisson de recyclage de l'air (500) insufflé par la VMC double flux (200) .
7. Dispositif selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend une batterie en aval de la VMC double-flux sur le réseau d'air insufflé, batterie alimentée par le circuit de chauffage ou des panneaux solaires.
8 . Procédé de fonctionnement du dispositif selon les revendications 2 , 5 et 6 , CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à faire recycler l'air sortant de la VMC double-flux ( 200 ) par le caisson de recyclage ( 500 ) lorsque la présence des occupants de l'habitation est détectée.
9 . Procédé de fonctionnement du dispositif selon les revendications 2 et 3 , CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à activer la vanne ( 4 10 ) sur l'air extrait ou sur l'air insufflé pour empêcher l'air refroidi vicié de venir refroidir l'air neuf issu de l'extérieur si ce n'est pas nécessaire.
10 . Procédé de fonctionnement du dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 , CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à maintenir le passage de l'air refroidi vicié dans la VMC ( 200 ) lorsque la présence des occupants de l'habitation n'est pas détectée .
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