WO2023152334A1 - Dispositif et procédé pour la mesure de la performance thermique d'un bâtiment - Google Patents

Dispositif et procédé pour la mesure de la performance thermique d'un bâtiment Download PDF

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WO2023152334A1
WO2023152334A1 PCT/EP2023/053380 EP2023053380W WO2023152334A1 WO 2023152334 A1 WO2023152334 A1 WO 2023152334A1 EP 2023053380 W EP2023053380 W EP 2023053380W WO 2023152334 A1 WO2023152334 A1 WO 2023152334A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
building
opening
air
duct
fan
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053380
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English (en)
Inventor
Michaël COHEN
Original Assignee
Coenergy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00—Measuring quantity of heat
    • G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • G01K17/20—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature across a radiating surface, combined with ascertainment of the heat transmission coefficient

Definitions

  • the invention relates to a device and a method suitable for determining the thermal performance of a building, more particularly the dynamic thermal performance of a building.
  • the invention belongs to the field of measurement and inspection methods intended for determining the thermal performance of a residential or tertiary building, and more generally of any closed building.
  • the device and the method that are the subject of the invention are more particularly suitable for determining the dynamic thermal performance of a building.
  • the heating or air conditioning of buildings contributes very significantly to energy consumption, as well as to greenhouse gas (GHG) emissions and other environmental impacts.
  • GOG greenhouse gas
  • the RT 2012 limited the energy consumption of the "5 uses” (heating, production of domestic hot water, cooling, lighting and auxiliaries), of a building to 50 kWhpe/m2/year on average, the RT 2020 will impose , meanwhile, a heating consumption ceiling of 12 kWhep/m2/year.
  • Document US 7,552,033 describes a method for carrying out the dynamic thermal diagnosis of a building using measurements from sensors and associated with modeling. This method uses measurements while the building is used with its own means of temperature regulation.
  • Document US 8,620,632 describes a method for measuring the dynamic thermal characteristics of a building from measurements taken over at least one season and from modelling, the thermal regulation of the building being carried out by its own means.
  • the invention aims to resolve the shortcomings set out above and, to this end, relates to a system having the characteristics set out in claim 1.
  • the system for measuring a dynamic thermal response of a volume comprises a closed building delimiting the volume having at least one opening;
  • controllable fan capable of blowing air into the closed building for the overpressure volume with respect to a pressure outside the closed building
  • Heating means capable of heating the volume delimited by the closed building
  • an acquisition and control unit comprising memory means capable of containing a computer program, calculation means, an acquisition interface capable of acquiring signals from the temperature sensor and from the pressure sensor, a command interface able to transmit a control setpoint to the controllable fan and a control setpoint to the heating means, said computer program being able to control the control interface and the emission of temperature and pressure setpoints according to the data acquired by the acquisition interface.
  • This device makes it possible to control the temperature, and/or the heating power, and the pressure in a closed building or part of a building, and to carry out measurements, according to cycles or scenarios of temperature/pressure.
  • the closed building comprises an opening distinct from the opening and the device comprises removable means capable of concealing the thermal radiation through the opening distinct from the opening.
  • the concealment of the opening makes it possible to limit the influence of radiation such as solar radiation and the heat flows entering or leaving through these openings, whether the measurements are taken day or night.
  • the means for concealing the separate opening of the opening comprise a reflective sheet.
  • This mode of implementation is light and easily deployable even in a building comprising many openings.
  • the separate opening of the opening comprises a wall closing the opening and a spacer makes it possible to separate the reflective sheet from the wall closing the opening.
  • This embodiment provides additional thermal insulation between the wall and the interior of the building.
  • the removable means comprise a plurality of suction cups capable of adhering to the wall closing the opening.
  • the suction cups perform both the function of removable attachment of the reflective sheet and spacer.
  • the means for connecting the controllable fan to the opening comprise a tarpaulin capable of concealing the opening outside of an insufflation passage for the controllable fan, and comprise a thermal flow sensor measuring a flow heat passing through the tarpaulin.
  • the device that is the subject of the invention comprises an insufflation duct and an extraction duct in a (2015)lic communication and means for connecting said ducts to the opening of the closed building and the controllable fan is capable of producing an air circulation passing through the insufflation duct and into the extraction duct.
  • This embodiment makes it possible to combine the essential of the device that is the subject of the invention into a machine that is transportable and easily connectable to any building.
  • the heating means are capable of heating the air in the blowing duct.
  • the device according to this last embodiment comprises a first damper capable of putting the extraction duct in air communication with a first duct in bypass and in communication with the outside air.
  • the device also comprises a second damper able to put the extraction duct in air communication with a second duct in bypass and in communication with the outside air, in which the first damper is placed upstream of the first branch duct and the second damper is placed downstream of the second branch duct in the direction of airflow.
  • This embodiment makes it possible to control the pressure inside the building upwards or downwards during open-loop operation and closed-loop operation of the device.
  • the device comprises motorization means capable of controlling the opening and closing of the first or second damper, the control interface being capable of transmitting a damper control instruction to said motorization means, the computer program being capable in ordering the transmission of said register control instruction.
  • the closed building comprises a roof and a radiation sensor is fixed to the roof of the building, a signal from the radiation sensor is directed to the acquisition interface.
  • the closed building comprises a facade and the device comprises a camera filming the facade of the building, a signal from the camera being directed to the control and acquisition unit.
  • the radiation sensor and the camera make it possible to measure different components of the incident solar radiation on the facades to assess the contribution of the latter to the thermal response of the building.
  • the invention also relates to a method for measuring the dynamic thermal response of an enclosed building comprising the steps of:
  • part of step iv) is carried out during the day and another part at night.
  • Step iv) includes overpressurizing the interior of the enclosed building relative to the exterior by a value equal to or greater than 10 Pa.
  • the heating means (140, 540) and the controllable fan (530, 130) are activated simultaneously throughout the cycles of step iv). This feature prevents air infiltration during thermal stress on the building.
  • the means for concealing the openings remain installed throughout stage iv).
  • the duration of step iv) is less than 96 continuous hours.
  • FIG. 1 schematically represents an installation implementing an embodiment of the device according to the invention for measuring the thermal performance of a building
  • FIG. 1 shows, in a partial sectional view, an example of the processing of a luminous opening in a facade with a view to carrying out measurements according to the method which is the subject of the invention
  • FIG. 1 schematically shows another embodiment of a device according to the invention.
  • a closed building is a volume delimited by walls which separate all its faces from the outside, or from another closed building.
  • a closed building comprises a floor, facades on all its side faces, and a roof, whatever the nature of the facades and the roof.
  • said building includes one or more internal partitions, horizontal or vertical, that is to say one or more rooms or one or more levels.
  • an internal partition can be, for certain applications of the device and of the method that is the subject of the invention, considered as a building.
  • the internal partitions are the facades and the ceiling is the roof.
  • the facades and the roof have the effect of putting the interior of the closed building "out of water” but do not necessarily ensure a perfect airtightness, more particularly with regard to the roof but also certain areas of the facade. in particular at the level of the connection with openings, for example for ventilation, or conduit passages.
  • the principle of the invention consists in carrying out the acquisition of the temporal variations of the temperature in one or more zones of the building, by implementing a system adapted to take into account the exogenous phenomena influencing the thermal of the building, according to different modes related for some to the structural characteristics of the building, its inertia and its insulation, and for others to unexpected thermal or air exchanges between the external atmosphere and the internal atmosphere.
  • Temporal variations in temperature acquired inside the building are processed taking into account external variations (sunshine, outside temperature, wind, etc.) as well as variations caused optionally, for example by blowing in air. costs.
  • the invention provides an acquisition system for a relatively short period of less than 5 days, to have the thermal stress cycle of the building resulting from variations in external and/or internal conditions, with a heating system making it possible to submit the building to a predefined or dynamic thermal stress, as well as with a fan to create a controlled, continuous or controlled air flow between the outside and the inside of the building.
  • this fan can introduce air only to cool the building, at a flow rate and over a period of time responding to the predefined or dynamic thermal stress scenario, while maintaining the interior pressure equal to the exterior pressure, and/or to create an overpressure to eliminate parasitic air infiltrations, through poorly sealed parts of the building.
  • the calorie intake of the air blown to create an overpressure is measured to take it into account in the processing of thermal information.
  • the building will be pressurized throughout the duration of the test, and the fan can also be used to introduce fresh air at specific times of thermal stress (negative power) .
  • Overpressure brings an obvious advantage, but it is not systematic to test the building under overpressure in all circumstances.
  • the use of the fan to overpressurize the building is for a duration equivalent to that of the test, and if the building is not airtight at all, there is a risk that the overpressurization will require a large ventilation rate and prevents the building from rising in temperature during the heating phase (positive power) of the internal thermal stress scenario. In this specific case, air infiltration will not be avoided, but can simply be calculated or estimated.
  • the fan will always have an advantage for cooling, which is limited to periods of cold demand (negative power) determined by the demand scenario (which is predefined before the process or dynamic).
  • the closed building (500) delimits a volume internal to a building and comprises at least one opening consisting of a closable opening (511) in a facade, a partition or a ceiling or in the roof, opening whose open surface is less than the surface of said facade of said partition, of said ceiling or of said roof, to allow access to the interior volume thus delimited.
  • the facades and partitions are generally opaque but may include light openings (512), allowing light to enter the volume delimited by the closed building, said light openings being watertight.
  • the closed building may include technical ducts or pipes connecting it to the external environment, such as chimneys, ventilation columns or means of ventilation.
  • T* is the temperature difference between the inside and the outside of the room, i.e. between the volume delimited by the partitions or facades, and the volume outside these facades, expressed in kelvins
  • K is the conductance of the envelope separating the room from the outside, expressed in watts per kelvin
  • t is the time
  • q expressed in watt is the total thermal power brought inside the room
  • C expressed in joules per kelvin, is a coefficient of thermal inertia which represents the total energy required to increase the temperature by 1 K inside the room at constant outside temperature.
  • the device that is the subject of the invention comprises a controllable fan (530) installed at the level of the opening (511), if necessary by concealing this opening by suitable means.
  • the opening is for example concealed by a tarpaulin (531) which comprises an open passage to allow the fan (530) to blow air into the closed building.
  • the principle of the invention consists in carrying out a supply of calories by a heating system whose power is known, and can possibly be controlled for dynamic variations in the supply of calories, and in putting the building in suppression to avoid the unexpected penetration of outside air and incidentally to contribute to the controlled thermal modulation of the interior volume of the building by the air introduced via the fan, the flow rate of which is known, and possibly controllable to apply dynamic variations.
  • the principle of the invention also consists, preferably, in obscuring the openings with a reflective blackout positioned at a distance from the opening to avoid thermal transmission through contact with the insulation.
  • Said fan (530) is intended to blow air into or extract air from the volume delimited by the closed building (500), in particular blowing air therein to put this volume under slight overpressure, with a known or dynamically controlled flow rate.
  • one or more pressure sensors (591) make it possible to measure this overpressure and to control the fan (530) accordingly according to an alternative embodiment.
  • the device also comprises a means (540) for controlling the temperature inside the volume delimited by the closed building (500).
  • This temperature control means is preferably also controlled according to a set point and a temperature measurement measured by a temperature sensor (592).
  • the device comprises an acquisition and control unit (190) consisting, for example, of a microcomputer used to control the fan (530) and the temperature control means (540), to acquire the data from the sensors (591, 592) and impose pressure–temperature stress schedules to determine the dynamic thermal response of the target building.
  • acquisition and control unit 190
  • a microcomputer used to control the fan (530) and the temperature control means (540)
  • the device comprises, according to an exemplary embodiment, a heat flux sensor (593) at least at the level of the concealment of the opening ape to measure the heat loss flux from the interior volume delimited by the partitions and ceilings, or facades and roofs of the closed building towards the outside of this volume, or a heat flow entering from the outside into this closed volume.
  • a heat flux sensor (593) at least at the level of the concealment of the opening ape to measure the heat loss flux from the interior volume delimited by the partitions and ceilings, or facades and roofs of the closed building towards the outside of this volume, or a heat flow entering from the outside into this closed volume.
  • the volume studied delimited by the closed building being put under overpressure, these thermal fluxes are weak and essentially heat loss fluxes from the interior to the exterior and essentially radiation fluxes with regard to incoming fluxes.
  • the installation (100) for measuring the dynamic thermal performance of a building (110) comprising an opening (111) such as a door comprises a device for forced air circulation in said building , in the form of an autonomous or quasi-autonomous machine, which device comprises an insufflation duct (121) and an extraction duct (122) in air communication, the forced circulation being ensured by a fan (130).
  • This embodiment makes it possible to measure a dynamic thermal response of a building at an early stage of its construction.
  • the building (110) is a closed building whose interior space is separated from the exterior by facades (115) and a roof (116).
  • the facades and the roof comprise, according to this embodiment, one or more light openings (112, 113).
  • the extraction and supply ducts (122, 121) are made of galvanized steel and are similar to the ducts used in air conditioning installations.
  • the supply and extraction ducts (121, 122) are connected to the internal volume of the building, preferably through an opening (111) of the building, door or window.
  • a false opening consisting for example of a tarpaulin or an insulating panel such as a sandwich comprising an insulating material, such as polystyrene or rock wool, between two panels of plywood or Tri-Ply® is installed in place of a leaf of the original sash and includes passages for the connection, airtight, of the duct ducts with the interior of the sash. 'building.
  • the device comprises heating means (140) for heating the air blown into the room.
  • Said heating means are of any type, for example by a fuel boiler, with a preference for electric heating by electric resistance.
  • both the heating means and the fan are sized according to the interior volume of the building to be tested.
  • several devices of this type can be used in parallel on the same building.
  • the heating power commonly installed is 6 kW.
  • the device advantageously comprises one or more pressure sensors (191) and one or more temperature sensors (192) installed on the ducts, and as in the previous embodiment, optionally one or more heat flow sensors (193) at the level of the sash and/or openings.
  • the device comprises one or more dampers (151, 152) capable of putting the extraction duct (122) in air communication with a bypass duct (123, 124) in communication with the open air. outside.
  • the bypass duct (123) is upstream of the damper (151) in the direction of air circulation in the duct.
  • the damper when the damper is in the operated position, the interior of the building is placed in communication with the outside air so that the pressures are balanced between the exterior and the interior of the building.
  • bypass duct (124) is downstream of the damper (152) in the direction of air circulation.
  • the damper when the damper is in the operated position, the fan no longer draws air from inside the building but outside air, the pressure in the building increases.
  • the two previous variants are combined and two registers (151, 152) are installed on the extraction duct (122).
  • dampers makes it possible to switch from air blowing in recycling mode to air blowing in "all fresh air" mode. Once the volume delimited by the building is heated, it is therefore possible to cool it by blowing outside air at a lower temperature. These possibilities make it possible to program different types of thermal stress on the volume delimited by the closed building to determine its dynamic performance.
  • the dampers (151, 152) can be controlled in any position between the nominal position and the operated position, thus the quantity of outside air blown into the closed building can be controlled, in particular to obtain a configuration or the air sucked inside the building is blown back into it but with a small amount of outside air to keep the inside of the building under slight overpressure regardless of leaks.
  • the installation advantageously comprises sensors to characterize the external environment.
  • the installation comprises one or more outside temperature sensors (not shown).
  • the installation also comprises one or more sensors (196) capable of measuring the power of the incident solar radiation, in particular at the level of the roof (116) of the building.
  • the installation also comprises one or more cameras (195), oriented towards one or more facades (115) of the building, in particular to measure the shadow zones.
  • the installation is controlled by an acquisition and control unit (190) consisting for example of a microcomputer, which comprises an acquisition card capable of receiving the digital or analog signals from the pressure, temperature, radiation and cameras, via wired or radio links.
  • an acquisition and control unit 190
  • a microcomputer which comprises an acquisition card capable of receiving the digital or analog signals from the pressure, temperature, radiation and cameras, via wired or radio links.
  • the microcomputer also comprises a control interface capable of generating digital or analog instructions for controlling the various components of the device, in particular the fan (130), the heating (140) and the registers (151, 152), and for transmit these instructions to the appropriate means via wired or radio links.
  • a control interface capable of generating digital or analog instructions for controlling the various components of the device, in particular the fan (130), the heating (140) and the registers (151, 152), and for transmit these instructions to the appropriate means via wired or radio links.
  • the microcomputer (190) includes in its memory means one or more computer programs capable of controlling the installation according to predefined cycles and according to the measurements from the sensors of the installation, in an open servo loop or in closed servo ball.
  • the openings (112, 512) in the facades (115) or the roof of the building are obscured so as to minimize the influence of thermal radiation on the internal temperature of said building by installing reflective sheets masking said openings.
  • said reflective sheets are flexible or rigid in nature and, depending on the configuration of the building, comprise one or two reflective faces, one reflective face being turned towards the inside or the outside of the closed building.
  • the concealment is carried out inside the building by a flexible reflective sheet (222), of the "survival blanket” type, fixed to a wall (212) closing the opening (112, 512) for example by through a plurality of suction cups (213).
  • the wall (212) closing the opening is, according to exemplary embodiments, already installed in the opening (212, 512) of the building, for example a glass wall on an opening (window) or a fixed glass wall, transparent or translucent , or is added temporarily, so as to close the opening, during the preparation of the measurement, in particular in the case of a building under construction or in the process of being fitted out.
  • the suction cups in addition to their fixing role, also have a spacer function so that a space is maintained between said reflective sheet (222) and the wall (212) closing the opening thus creating thermal insulation between said wall (212) and the interior of the building.
  • a spacer function so that a space is maintained between said reflective sheet (222) and the wall (212) closing the opening thus creating thermal insulation between said wall (212) and the interior of the building.
  • temperature sensors are placed on one or more openings thus treated, a sensor (292) in the space between the wall and the reflective sheet, another sensor (294) behind said reflective sheet inside the building, or a heat flux sensor (293) measuring the heat flux passing through the reflecting sheet from inside the analyzed volume.
  • sensors are connected to the microcomputer by a wired link or a radio link.
  • the implementation of the installation which is the subject of the invention comprises a first step (310) of preparing the building.
  • This step includes in particular the concealment of the openings, the preparation of at least one opening to connect the controllable fan or the machine as described with reference to the , the installation of one or more sensors, in particular at least one sensor from among a temperature sensor, a pressure sensor, a heat flow sensor, a radiation sensor and a facade observation camera.
  • ducts such as chimneys or ventilation ducts connecting the interior of the building with the exterior
  • these are closed off, for example by means of tarpaulins.
  • this installation consists of connecting the machine described to the sash or to connect the fan (530 ) to the opening and to install the heating means (540 ) in the volume delimited by the closed building.
  • This device will then ensure the heating, the pressurization, and if necessary the cooling of the building according to different cycles.
  • the implementation of the measures does not require that the building already has its means of heating or air conditioning, it is thus possible at an early stage of the construction of the building.
  • heating or air conditioning means may be present and, according to modes of implementation and according to defined cycles, intervene instead of or in addition to the device which is the subject of the invention for the realization of particular cycles.
  • the installation that is the subject of the invention only requires electrical energy for its operation, the latter being, if necessary, supplied by a generator or a fuel cell.
  • the various sensors are connected to the microcomputer.
  • the computer is remote and the communication between the device and the computer as well as between the sensors and the computer is carried out via a telecommunications network of the Sigfox®, LoRa® or NB-IoT® type, cell phone, Wifi ® or internet, without these examples being limiting.
  • a first pre-programmed solicitation cycle is launched.
  • the purpose of this cycle is to determine the response of the building to a stabilized overpressure, for example of +10 Pa with respect to the external pressure. It is used to initialize the heating power, the air flow delivered by the controllable fan and the opening of the register in the case of the use of a machine as described with reference to the .
  • the cycle is adapted during the measurement according to the thermal response of the building.
  • the tool stops the cycles automatically once the intrinsic thermal parameters of the building have been identified.
  • a test program with variation of the temperature and/or of the heating or cooling power is initiated in order to determine the characteristic parameters governing the dynamic thermal response of the building.
  • the position of the dampers is regulated to keep the building sufficiently overpressured over the duration of the test in order to avoid any risk of infiltration.
  • the rotation speed of the fans is regulated to ensure the correct operation of the heating coils (detachments) and of the flow meter (permissible speed ranges), as well as for safety reasons (overheating).
  • the tests include a series of cycles carried out during the day and a series of cycles carried out at night in order to better identify the influence of solar radiation.
  • this reading gives the temperature inside the building (422) as a function of the outside temperature (421) both measured by appropriate sensors, the heating power (431) delivered by the building's own means, by example of a radiator, and the power of the heat flux generated by the device that is the subject of the invention (432) in positive values when said heat flux is blown into the building (heating) and in negative values when said heat flux is extracted from the building ( cooling). From these cycles and the thermal response (422) of the building, the dynamic thermal behavior is evaluated.
  • the installation object of the invention allows the identification of the dynamic performances of a building in a reduced time compared to the prior art, typically between 12 hours and 96 continuous hours depending on the size of the building.
  • the exemplary embodiments show that the invention achieves the intended purpose and allows the rapid identification of the behavior of a building whether or not equipped with its heating or air conditioning means.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif pour mesurer une réponse thermique dynamique d'un volume, comprenant un bâtiment fermé comprenant un ouvrant; - un ventilateur pilotable apte à insuffler de l'air dans le bâtiment fermé pour le volume en surpression; - des moyens de chauffage; - des moyens pour le raccordement du ventilateur à l'ouvrant; - un capteur de pression et un capteur de température; et - une centrale d'acquisition et de contrôle apte à acquérir des signaux du capteur de température et du capteur de pression, et apte à transmettre une consigne de pilotage au ventilateur pilotable et une consigne de pilotage aux moyens de chauffage L'invention concerne également un procédé mettant en œuvre ce dispositif.

Description

Dispositif et procédé pour la mesure de la performance thermique d’un bâtiment
L’invention concerne un dispositif et un procédé adaptés à la détermination de la performance thermique d’un bâtiment, plus particulièrement de la performance thermique dynamique d’un bâtiment.
L’invention appartient au domaine des procédés de mesure et d’inspection destinés à la détermination des performances thermiques d’un bâtiment d’habitation ou tertiaires, et plus généralement de tout bâtiment fermé.
Le dispositif et le procédé objet de l’invention sont plus particulièrement adaptés à la détermination des performances thermiques dynamiques d’un bâtiment.
Le chauffage ou la climatisation des bâtiments, quelle que soit la technologie employée, contribuent de manière très significative aux consommations énergétiques, ainsi qu’aux émissions de gaz à effet de serre (GES) et à d’autres impacts environnementaux.
Améliorer les performances thermiques des bâtiments, soit par des travaux d’isolation de l’enveloppe pour l’ancien, ou dès la conception pour le neuf, permet de réduire les consommations énergétiques, par conséquent de réduire les émissions de GES et autres impacts environnementaux, mais aussi de réduire les coûts d’exploitation de ces immeubles et d’en améliorer le confort.
À titre d’exemple, en France, les Réglementations Thermiques (RT) successives depuis 1974 (RT 2000, RT 2005, RT 2012, RE a) imposent aux constructions neuves des performances thermiques toujours plus exigeantes.
Ainsi, si la RT 2012 limitait la consommation énergétique des « 5 usages » (chauffage, production d’eau chaude sanitaire, refroidissement, éclairage et auxiliaires), d’un bâtiment à 50 kWhep/m²/an en moyenne, la RT 2020 imposera, quant à elle, un plafond de consommation de chauffage de 12 kWhep/m2/an.
Ces objectifs sont atteints par l’isolation thermique de l’enveloppe du bâtiment, mais aussi par l’utilisation de systèmes techniques performants (régulation optimale, brûleurs modulables, circulateurs à débits variables, VMC double flux, etc.) et adapté au bâtiment qu’ils équipent.
Pour permettre ces améliorations, il est nécessaire préalablement à la construction neuve ou bien aux travaux de rénovation d’un bâtiment existant, de caractériser le bâtiment dans son comportement thermique dynamique, c’est-à-dire de pouvoir quantifier, au regard d’un climat donné et de scénarios d’utilisation, l’injection ou l’extraction de flux thermiques, le stockage de la chaleur et d’infiltrations parasites sur une période donnée.
Cependant, au-delà de la conception, la réalisation effective du bâtiment sur chantier ou en usine peut conduire à des performances relativement éloignées de celles qui étaient attendues lors de l’étude théorique et de la définition de ces caractéristiques thermiques intrinsèques,
Faute de moyen pour contrôler cette qualité de réalisation par des mesures thermiques à un stade suffisamment précoce de réalisation, ces défauts potentiels subsistent et compromettent les économies d’énergie prévues, rendant ainsi difficile voire impossible le retour sur investissement des travaux ou du surcoût d’isolation en rénovation, le développement des contrats de garantie de performance énergétique, la mise en valeur des entreprises scrupuleuses travaillant selon les règles de l’art, la généralisation des bonnes pratiques et du travail de qualité, la répartition des responsabilités en cas de litiges, et la garantie d’une utilisation juste des investissements de fonds publics dans le cadre des différents plans gouvernementaux ayant pour objectif de réduire les consommations énergétiques du secteur du bâtiment.
Le document US 7,552,033 décrit une méthode pour réaliser le diagnostic thermique dynamique d’un bâtiment utilisant des mesures issues de capteur et associées à une modélisation. Cette méthode utilise des mesures alors que le bâtiment est utilisé avec ses propres moyens de régulation de température.
Le document US 8,620,632 décrit une méthode pour mesurer les caractéristiques thermiques dynamiques d’un bâtiment à partir de mesures réalisées sur au moins une saison et d‘une modélisation, la régulation thermique du bâtiment étant réalisée par ses moyens propres.
Ces méthodes nécessitent un temps de mesure long, qui se chiffre en semaines voire en mois, et ne permettent pas d’effectuer le diagnostic thermique d’un bâtiment non encore équipé de moyens de régulation thermique
L’invention vise à résoudre les insuffisances exposées ci-avant et concerne à cette fin, un système présentant les caractéristiques énoncées par la revendication 1.
Le système pour mesurer une réponse thermique dynamique d’un volume, comprend un bâtiment fermé délimitant le volume présentant au moins un ouvrant ;
- un ventilateur pilotable apte à insuffler de l’air dans le bâtiment fermé pour le volume en surpression vis-à-vis d’une pression extérieure au bâtiment fermé ;
- des moyens de chauffage aptes à chauffer le volume délimité par le bâtiment fermé ;
- des moyens pour le raccordement du ventilateur à l’ouvrant ;
- un capteur de pression et un capteur de température aptes à mesurer la pression et la température de l’air dans le volume ; et
- une centrale d’acquisition et de contrôle comprenant des moyens de mémoire apte à contenir un programme informatique, des moyens de calcul, une interface d’acquisition apte à acquérir des signaux du capteur de température et du capteur de pression, une interface de commande apte à transmettre une consigne de pilotage au ventilateur pilotable et une consigne de pilotage aux moyens de chauffage, ledit programme informatique étant apte à contrôler l’interface de commande et l’émission des consignes de température et de pression en fonction des données acquises par l’interface d’acquisition.
Ce dispositif permet de contrôler la température, et/ou la puissance de chauffage, et la pression dans un bâtiment ou une partie de bâtiment, fermé, et de réaliser des mesures, selon des cycles ou scénarios de température/pression.
L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Selon un exemple de mise en œuvre, le bâtiment fermé comprend une ouverture distincte de l’ouvrant et le dispositif comprend des moyens amovibles aptes à occulter le rayonnement thermique à travers l’ouverture distinct de l’ouvrant. Ainsi, l’occultation de l’ouverture (vitre, fenêtre) permet de limiter l’influence du rayonnement tel le rayonnement solaire et les flux thermiques entrant ou sortant à travers ces ouvertures, que les mesures soient réalisées de jour comme de nuit.
Avantageusement, les moyens d’occultation de l’ouverture distincte de l’ouvrant comprennent une feuille réfléchissante. Ce mode de mise en œuvre est léger et facilement déployable même dans un bâtiment comprenant de nombreuses ouvertures.
Selon un mode de mise en œuvre, l’ouverture distincte de l’ouvrant comprend une paroi fermant l’ouverture et une entretoise permet d’écarter la feuille réfléchissante de la paroi fermant l’ouverture. Ce mode de réalisation procure une isolation thermique supplémentaire entre la paroi et l’intérieur du bâtiment.
Selon une variante, les moyens amovibles comprennent une pluralité de ventouses aptes à adhérer à la paroi fermant l’ouverture. Les ventouses assurent à la fois la fonction d’accrochage amovible de la feuille réfléchissante et d’entretoise. Ainsi les moyens d’occultation des ouvertures du bâtiment sont aisément transportés sur place et rapidement installés.
Selon un mode de réalisation, les moyens de raccordement du ventilateur pilotable à l’ouvrant comprennent une bâche apte à occulter l’ouvrant en dehors d’un passage d’insufflation pour le ventilateur pilotable, et comprennent un capteur de flux thermique mesurant un flux thermique traversant la bâche. Ce mode de réalisation permet de tenir compte, notamment, des déperditions calorifiques à travers l’occultation de l’ouvrant lors des cycles de caractérisation de la performance dynamique.
Selon un mode de réalisation particulier le dispositif objet de l’invention comprend un conduit d’insufflation et un conduit d’extraction en communication aéraulique et des moyens pour connecter lesdits conduits à l’ouvrant du bâtiment fermé et le ventilateur pilotable est apte à réaliser une circulation d’air passant dans le conduit d’insufflation et dans le conduit d’extraction.
Ce mode de réalisation permet de rassembler l’essentiel du dispositif objet de l’invention en une machine transportable et facilement connectable à tout bâtiment.
Selon ce mode de réalisation, les moyens de chauffage sont aptes à chauffer l’air dans le conduit d’insufflation.
Avantageusement, le dispositif selon ce dernier mode de réalisation comprend un premier registre apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction avec un premier conduit en dérivation et en communication avec l’air extérieur.
Selon que ledit premier registre est placé en amont ou en aval du conduit en dérivation celui-ci permet de réguler la pression dans le bâtiment lors d’une circulation en boucle ouverte ou en boucle fermée.
Avantageusement, selon ce mode de réalisation, le dispositif comprend également un deuxième registre apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction avec un deuxième conduit en dérivation et en communication avec l’air extérieur, dans lequel le premier registre est placé en amont du premier conduit en dérivation et le deuxième registre est placé en aval du deuxième conduit en dérivation dans le sens de circulation de l’air.
Ce mode de réalisation permet de contrôler à la hausse ou à la baisse la pression à l’intérieur du bâtiment lors d’un fonctionnement en boucle ouverte et d’un fonctionnement en boucle fermée du dispositif.
Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de motorisation aptes à commander l’ouverture et la fermeture du premier ou du deuxième registre, l’interface de commande étant apte à transmettre une consigne de pilotage de registre auxdits moyens de motorisation, le programme informatique étant apte à commander l’émission de ladite consigne de pilotage de registre.
Avantageusement, le bâtiment fermé comprend un toit et un capteur de rayonnement est fixé au toit du bâtiment, un signal du capteur de rayonnement est dirigé vers l’interface d’acquisition.
Avantageusement également, le bâtiment fermé comprend une façade et le dispositif comprend une caméra filmant la façade du bâtiment, un signal issu de la caméra étant dirigé vers la centrale de contrôle et d’acquisition.
Le capteur de rayonnement et la caméra permettent de mesurer différentes composantes du rayonnement solaire incident sur les façades pour évaluer la contribution de celui-ci à la réponse thermique du bâtiment.
L’invention concerne également un procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un bâtiment fermé comprenant des étapes consistant à :
i) occulter (310) les ouvertures (112, 512) du bâtiment ;
ii) installer (320) le ventilateur pilotable (130, 530) et les moyens de chauffage (140, 540) ;
iii) démarrer un premier cycle (330) pour calibrer le dispositif vis-à-vis du bâtiment fermé ;
iv) démarrer une série cycles d’essais (340) pour identifier les paramètres de la performance thermique dynamique du bâtiment fermé.
Selon un mode de mise en œuvre une partie de l’étape iv) est réalisée de jour et une autre partie de nuit.
L’étape iv) comprend la mise en surpression de l’intérieur du bâtiment fermé par rapport à l’extérieur d’une valeur égale ou supérieure à 10 Pa.
Les moyens de chauffage (140, 540) et le ventilateur pilotable (530, 130) sont activés simultanément tout au long des cycles de l’étape iv). Cette caractéristique permet d’empêcher les infiltrations d’air durant la sollicitation thermique du bâtiment.
Les moyens d’occultation des ouvertures restent installés tout au long de l’étape iv).
Avantageusement, la durée de l’étape iv) est inférieure à 96 heures continues.
L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisations préférés exposés ci-après, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 5 dans lesquelles :
représente, schématiquement une installation mettant en œuvre un mode de réalisation du dispositif selon l’invention pour la mesure de la performance thermique d’un bâtiment ;
montre selon une vue partielle en coupe un exemple de traitement d’une ouverture lumineuse dans une façade en vue de la réalisation de mesure selon le procédé objet de l’invention ;
est un organigramme d’un exemple de réalisation du procédé objet de l’invention ;
montre un exemple de cycle réalisé au moyen du dispositif objet de l’invention ;
montre schématiquement un autre mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention.
Définitions générales
L’homme du métier est en mesure de définir le type de bâtiment concerné par la présente invention. Pour éviter toute erreur d’interprétation, dans tout le texte, un bâtiment fermé est un volume délimité par des parois qui séparent toutes ses faces de l’extérieur, ou d’un autre bâtiment fermé.
Ainsi, selon un exemple de réalisation courant, un bâtiment fermé, comprend un sol, des façades sur toutes ses faces latérales, et un toit, quelle que soit la nature des façades et du toit.
Sans sortir de cette définition, ledit bâtiment comprend une ou plusieurs partitions internes, horizontales ou verticales, c’est-à-dire une ou plusieurs pièces ou un ou plusieurs niveaux.
Selon un de mode de réalisation particulier et par extension de la définition, une partition interne peut être, pour certaines applications du dispositif et du procédé objet de l’invention, considérée comme un bâtiment. Dans ce cas les cloisonnements internes sont les façades et le plafond le toit.
Les façades et le toit ont pour effet de mettre l’intérieur du bâtiment fermé « hors d’eau » mais n’assurent pas nécessairement une étanchéité parfaite à l’air, plus particulièrement en ce qui concerne le toit mais aussi certaines zones de façade notamment au niveau du raccordement avec des ouvertures, par exemple d’aération, ou des passages de conduits.
Principe de l’invention
Le principe de l’invention consiste à procéder à l’acquisition des variations temporelles de la température en une ou plusieurs zones du bâtiment, en mettant en œuvre un système adapté pour prendre en compte les phénomènes exogènes influant sur la thermique du bâtiment, selon différents modes liés pour les uns aux caractéristiques structurelles du bâtiment, de son inertie et de son isolation, et pour les autres aux échanges thermiques ou aérauliques inopinés entre l’atmosphère extérieure et l’atmosphère intérieure. Les variations temporelles de la température acquises à l’intérieur du bâtiment font l’objet d’un traitement prenant en compte des variations extérieures (ensoleillement, température extérieure, vent…) ainsi que des variations provoquées optionnellement, par exemple par insufflation d’air frais.
Pour cela, l’invention prévoit un système d’acquisition pendant une durée relativement brève de moins de 5 jours, pour disposer de cycle de sollicitation thermique du bâtiment résultant des variations des conditions extérieures et/ou intérieures, avec un système de chauffage permettant de soumettre le bâtiment à une sollicitation thermique prédéfinie ou dynamique, ainsi qu’avec un ventilateur permettant de créer un débit d’air maîtrisé, continu ou piloté, entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment.
Selon le mode d’utilisation, ce ventilateur permet d’introduire de l’air uniquement pour rafraichir le bâtiment, à débit et sur une durée répondants au scénario de sollicitation thermique prédéfinie ou dynamique, en maintenant la pression intérieure égale à la pression extérieure, et/ou pour créer une surpression pour éliminer les infiltrations parasites d’air, par des parties mal étanchéifiées du bâtiment. L’apport calorique de l’air insufflé pour créer une surpression étant mesuré pour en tenir compte dans le traitement des informations thermiques.
Si le bâtiment est récent (et donc plutôt étanche) le bâtiment sera mis en surpression durant toute la durée du test, et le ventilateur pourra également être utilisé pour introduire de l’air frais à des moment précis de la sollicitation thermique (puissance négative).
La mise en surpression apporte un avantage évident, mais il n’est pas systématique de mettre le bâtiment en test en surpression en toute circonstance. L’utilisation du ventilateur pour mettre le bâtiment en surpression est d’une durée équivalente à celle du test, et si le bâtiment n’est pas étanche du tout, il y a un risque que la mise en surpression nécessite un débit de ventilation important et empêche le bâtiment de monter en température lors de la phase de chauffage (puissance positive) du scénario de sollicitation thermique interne. Dans ce cas précis, les infiltrations aérauliques ne seront pas évitées, mais pourrons simplement être calculées ou estimées. Le ventilateur présentera toujours un avantage pour le rafraichissement qui est, elle, limitée aux seules périodes de sollicitation froide (puissance négative) déterminées par le scénario de sollicitation (qui est lui prédéfinie avant le process ou dynamique).
conformément à ce qui précède, selon un exemple de réalisation le bâtiment fermé (500) délimite un volume interne à un immeuble et comprend au moins un ouvrant consistant en une ouverture obturable (511) dans une façade, une cloison ou un plafond ou dans le toit, ouvrant dont la surface ouverte est inférieure à la surface de ladite façade de ladite cloison, dudit plafond ou dudit toit, pour permettre l’accès au volume intérieur ainsi délimité.
Les façades et cloisons sont généralement opaques mais peuvent comprendre des ouvertures lumineuses (512), laissant entrer la lumière dans le volume délimité par le bâtiment fermé, lesdites ouvertures lumineuses étant étanches à l’eau.
Finalement le bâtiment fermé peut comprendre des conduits ou canalisations techniques le reliant au milieu extérieur, tels que des cheminées, des colonnes d’aération ou des moyens de ventilation.
L’expression simplifiée de la réponse thermique d’un local délimitant un tel volume fermé soumis à un transfert thermique en régime transitoire est donnée par l’équation :
où T* est la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur du local, c’est-à-dire entre le volume délimité par les cloisons ou façades, et le volume à l’extérieur de ces façades, exprimée en kelvins, K est la conductance de l’enveloppe séparant le local de l’extérieur, exprimée en watts par kelvin, t est le temps, q exprimée en watt, est la puissance thermique totale apportée à l’intérieur du local, et C exprimée en joules par kelvin, est un coefficient d’inertie thermique qui représente l’énergie totale nécessaire pour augmenter la température de 1 K à l’intérieur du local à température extérieure constante.
Dans tout le texte l’expression « mesurer la performance thermique dynamique d’un immeuble » équivaut à déterminer, pour cet immeuble, ou bâtiment, au moins une valeur de K et de C.
L’homme du métier comprend que dans un cas réel les valeurs de C et de K sont variables en fonction de la façade considérée, des conditions extérieures et des conditions intérieures du bâtiment et que cette équation n’est donnée qu’à titre indicatif pour établir une définition de la performance thermique dynamique.
Le dispositif objet de l’invention comprend un ventilateur pilotable (530) installé au niveau de l’ouvrant (511), le cas échéant par occultation de cet ouvrant par des moyens adéquats.
Ainsi l’ouvrant est par exemple occulté par une bâche (531) laquelle comporte un passage ouvert pour permettre au ventilateur (530) d’insuffler de l’ait dans le bâtiment fermé.
Le principe de l’invention consiste à procéder à un apport de calories par un système de chauffage dont la puissance est connue, et peut éventuellement être pilotée pour des variations dynamiques d’apport de calories, et à mettre le bâtiment en suppression pour éviter la pénétration inopinée d’air extérieur et accessoirement pour contribuer à la modulation thermique maîtrisée du volume intérieur du bâtiment par l’air introduit via le ventilateur, dont le débit est connu, et éventuellement pilotable pour appliquer des variations dynamiques.
Pour limiter les évolutions thermiques parasites, le principe de l’invention consiste aussi, préférentiellement, à occulter les ouvrants avec un occultant réflechissant positionner à une distance de l’ouvrant pour éviter la transmission thermique par le contact avec l’isolant.
Ledit ventilateur (530) est destiné à insuffler ou extraire de l’air du volume délimité par le bâtiment fermé (500), notamment y insuffler de l’air pour mettre ce volume en légère surpression, avec un débit connu ou piloté dynamiquement.
À cette fin un ou plusieurs capteurs de pression (591) permettent de mesurer cette surpression et de piloter le ventilateur (530) en conséquence selon une variante de réalisation.
Le dispositif comprend également un moyen (540) pour contrôler la température à l’intérieur du volume délimité par le bâtiment fermé (500). Ce moyen de contrôle de la température est, de préférence, également piloté en fonction d’une consigne et d’une mesure de température mesurée par un capteur de température (592).
Le dispositif comprend une centrale d’acquisition et de contrôle (190) constituée, par exemple, par un microordinateur permettent de piloter le ventilateur (530) et les moyens de contrôle de la température (540), d’acquérir les données issues des capteurs (591, 592) et d’imposer des programmes de sollicitations en pression – température, afin de déterminer la réponse thermique dynamique du bâtiment visé.
En outre, le dispositif comprend, selon un exemple de réalisation, un capteur de flux thermique (593) au moins au niveau de l’occultation de l’ouvrant ape à mesurer le flux thermique de déperdition depuis le volume intérieur délimité par les cloisons et plafonds, ou façades et toits du bâtiment fermé vers l’extérieur de ce volume, ou un flux thermique entrant depuis l’extérieur dans ce volume fermé. Le volume étudié délimité par le bâtiment fermé étant mis en surpression ces flux thermiques sont faibles et essentiellement des flux de déperdition thermique de l’intérieur vers l’extérieur et essentiellement des flux de rayonnement pour ce qui est des flux entrants.
Selon un autre exemple de réalisation, l’installation (100) pour mesurer la performance thermique dynamique d’un immeuble (110) comprenant un ouvrant (111) tel qu’une porte, comprend un dispositif de circulation forcée d’air dans ledit immeuble, sous la forme d’une machine autonome ou quasi autonome, lequel dispositif comprend un conduit d’insufflation (121) et un conduit d’extraction (122) en communication aéraulique, la circulation forcée étant assurée par un ventilateur (130).
Ce mode de réalisation permet de mesurer une réponse thermique dynamique d’un bâtiment à un stade précoce de sa construction.
Comme indiqué plus haut, l’immeuble (110) est un bâtiment fermé dont l’espace intérieur est séparé de l’extérieur par des façades (115) et un toit (116).
Les façades et le toit comportent, selon cet exemple de réalisation, une ou plusieurs ouvertures lumineuses (112, 113).
Selon cet exemple de réalisation les conduits d’extraction et d’insufflation (122, 121) sont en acier galvanisé et sont similaires aux gaines utilisées dans les installations de conditionnement d’air.
Les conduits (121, 122) d’insufflation et d’extraction sont connectés au volume interne du bâtiment, de préférence à travers un ouvrant (111) du bâtiment, porte ou fenêtre.
À cette fin, selon un exemple de réalisation, un faux ouvrant, constitué par exemple d’une bâche ou d’un panneau isolant tel qu’un sandwich comprenant un matériau isolant, tel que du polystyrène ou de la laine de roche, entre deux plaques de bois contreplaqué ou de Tri-Ply® est installé à la place d’un ventail de l’ouvrant d’origine et comprend des passages pour la connexion, étanche à l’air, des gaines des conduits avec l’intérieur de l’immeuble.
Le dispositif comprend des moyens de chauffage (140) pour réchauffer l’air insufflé dans le local. Lesdits moyens de chauffage sont de tout type, par exemple par une chaudière à combustible, avec une préférence pour un chauffage électrique par résistance électrique.
Avantageusement tant les moyens de chauffage que le ventilateur sont dimensionnés en fonction du volume intérieur de l’immeuble à tester. Alternativement plusieurs dispositifs de ce type sont utilisables en parallèle sur un même immeuble.
À titre indicatif, la puissance de chauffage couramment installée est de 6 kW.
Le dispositif comprend avantageusement un ou plusieurs capteurs de pression (191) et un ou plusieurs capteurs de température (192) installés sur les conduits, et comme dans le mode de réalisation précédent, optionnellement un ou plusieurs capteurs de flux thermique (193) au niveau de l’ouvrant et/ou des ouvertures.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend un ou plusieurs registres (151, 152) aptes à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction (122) avec un conduit en dérivation (123, 124) en communication avec l’air libre extérieur.
En position nominale desdits registres l’air extrait du bâtiment est réinsufflé dans le bâtiment par le conduit d’insufflation (121).
Selon une variante de réalisation, le conduit en dérivation (123) est en amont du registre (151) dans le sens de la circulation de l’air dans le conduit. Dans ce cas, lorsque le registre se trouve en position manœuvrée, l’intérieur du bâtiment est mis en communication avec l’air extérieur de sorte que les pressions s’équilibrent entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment.
Selon une autre variante réalisation, le conduit en dérivation (124) est en aval du registre (152) dans le sens de circulation de l’air. Dans ce cas lorsque le registre est en position manœuvrée, le ventilateur n’aspire plus d’air à l’intérieur du bâtiment mais de l’air extérieur, la pression dans le bâtiment augmente.
Quel que soit le mode de réalisation le maintien du bâtiment fermé à une pression intérieure légèrement supérieure à celle de l’extérieur, par exemple supérieure de 10 Pa, élimine le risque d’infiltrations d’air parasites durant les mesures et élimine donc les incertitudes liées.
Selon encore une autre variante de réalisation les deux variantes précédentes sont combinées et deux registres (151, 152) sont installés sur le conduit d’extraction (122).
Ainsi, l’utilisation desdits registres permet de passer d’un soufflage d’air en mode recyclage à un soufflage d’air en mode « tout air neuf ». Une fois que le volume délimité par le bâtiment est chauffé, il est donc possible de le rafraîchir en soufflant de l’air extérieur à température inférieure. Ces possibilités permettent de programmer différents types de sollicitation thermiques du volume délimité par le bâtiment fermé pour déterminer ses performances dynamiques.
Selon un exemple de réalisation les registres (151, 152) sont pilotables dans n’importe quelle position entre la position nominale et la position manœuvrée, ainsi la quantité d’air extérieure insufflée dans le bâtiment fermé est pilotable, notamment pour obtenir une configuration ou l’air aspiré à l’intérieur du bâtiment est réinsufflé dans celui-ci mais avec une petite quantité d’air extérieur pour maintenir l’intérieur du bâtiment en légère surpression indépendamment des fuites.
L’installation comprend avantageusement des capteurs pour caractériser le milieu extérieur. Ainsi, à titre d’exemple non limitatif, l’installation comprend un ou plusieurs capteurs de la température extérieure (non représentés).
Selon un mode de réalisation l’installation comprend également un ou plusieurs capteurs (196) aptes à mesurer la puissance du rayonnement solaire incident, notamment au niveau du toit (116) du bâtiment.
Additionnellement, l’installation comprend également une ou plusieurs caméras (195), orientées vers une ou plusieurs façades (115) du bâtiment, notamment pour mesurer les zones d’ombre.
L’installation est pilotée par une centrale d’acquisition et de contrôle (190) constituée par exemple par un microordinateur, lequel comprend une carte d’acquisition apte à recevoir les signaux, numériques ou analogiques issus des capteurs de pression, de température, de rayonnement et des caméras, via des liaisons filaires ou radio.
Le micro-ordinateur comprend également une interface de commande apte à générer des consignes numériques ou analogiques pour la commande des différents organes du dispositif, notamment le ventilateur (130), le chauffage (140) et les registres (151, 152), et pour transmettre ces consignes aux moyens adéquats via des liaisons filaires ou par radio.
Le micro-ordinateur (190) comprend dans ses moyens de mémoire un ou plusieurs programmes informatiques aptes à piloter l’installation en fonction de cycles prédéfinis et en fonction des mesures issues des capteurs de l’installation, en boucle d’asservissement ouverte ou en boule d’asservissement fermée.
Ainsi, il est possible de réajuster un cycle pression - température initialement visé en fonction de la réponse réelle du bâtiment.
, préalablement à la réalisation de mesures les ouvertures (112, 512) dans les façades (115) ou le toit du bâtiment sont occultées de sorte à minimiser l’influence du rayonnement thermique sur la température interne dudit bâtiment en installant des feuilles réfléchissantes masquant lesdites ouvertures. Selon des variantes de réalisation lesdites feuilles réfléchissantes sont de nature souple ou rigide et selon la configuration du bâtiment comprennent une ou deux faces réfléchissantes, une face réfléchissante étant tournée vers l’intérieur ou vers l’extérieur du bâtiment fermé.
Avantageusement l’occultation est réalisée à l’intérieur du bâtiment par une feuille souple réfléchissante (222), de type « couverture de survie », fixée à à une paroi (212) fermant l’ouverture (112, 512) par exemple par l’intermédiaire d’une pluralité de ventouses (213).
La paroi (212) fermant l’ouverture est, selon des exemples de réalisation, déjà installée dans l’ouverture (212, 512) du bâtiment par exemple une paroi vitrée sur un ouvrant (fenêtre) ou une paroi vitrée fixe, transparente ou translucide, ou est rapportée de manière provisoire, de sorte à obturer l’ouverture, lors de la préparation de la mesure, notamment dans le cas d’un immeuble en construction ou en cours d’équipement.
Selon cet exemple, outre leur rôle de fixation, les ventouses ont également une fonction d’entretoise de sorte qu’un espace est maintenu entre ladite feuille réfléchissante (222) et la paroi (212) fermant l’ouverture créant ainsi une isolation thermique entre ladite paroi (212) et l’intérieur du bâtiment. L’homme du métier comprend que d’autres modes de fixation et d’autres types d’entretoises sont utilisables pour aboutir à un résultat similaire.
Optionnellement, des capteurs de température sont placés sur une ou plusieurs ouvertures ainsi traitées, un capteur (292) dans l’espace entre la paroi et la feuille réfléchissante, un autre capteur (294) derrière ladite feuille réfléchissante à l’intérieur du bâtiment, ou encore un capteur de flux thermique (293) mesurant le flux thermique traversant la feuille réfléchissant depuis l’intérieur du volume analysé. Ces capteurs sont reliés au micro-ordinateur par une liaison filaire ou une liaison radio.
, selon un exemple de réalisation la mise en œuvre de l’installation objet de l’invention, comprend une première étape (310) de préparation du bâtiment. Cette étape comprend notamment l’occultation des ouvertures , la préparation d’au moins un ouvrant pour y connecter le ventilateur pilotable ou la machine telle que décrite en référence à la , l’installation d’un ou plusieurs capteurs, notamment au moins un capteur parmi un capteur de température, un capteur de pression, un capteur de flux thermique, un capteur de rayonnement et une caméra d’observation d’une façade.
Lorsque le bâtiment comprend des conduits, tels que des conduits de cheminées ou de ventilation connectant l’intérieur du bâtiment avec l’extérieur, ceux-ci sont obturés, par exemple au moyen de bâches.
Selon une étape d’installation (320) le dispositif est installé. Selon le mode de réalisation cette installation consiste à connecter la machine décrite à l’ouvrant ou à connecter le ventilateur (530 ) à l’ouvrant et à installer les moyens de chauffage (540 ) dans le volume délimité par le bâtiment fermé.
Ce dispositif va alors assurer le chauffage, la mise en pression, et le cas échéant le refroidissement du bâtiment selon différents cycles. Ainsi, la mise en œuvre des mesures ne nécessite pas que le bâtiment dispose déjà de ses moyens de chauffage ou de climatisation, elle est ainsi réalisable à un stade précoce de la construction du bâtiment. L’homme du métier comprend cependant que de tels moyens de chauffage ou de climatisation peuvent être présents et, selon des modes de mise en œuvre et selon des cycles définis, intervenir à la place ou en complément du dispositif objet de l’invention pour la réalisation de cycles particuliers.
De plus, selon un mode de réalisation, l’installation objet de l’invention ne nécessite pour son fonctionnement que de l’énergie électrique, celle-ci étant, au besoin, fournie par un groupe électrogène ou une pile à combustible.
Les différents capteurs sont connectés au micro-ordinateur.
Selon une variante de réalisation l’ordinateur est distant et la communication entre le dispositif et l’ordinateur ainsi qu’entre les capteurs et l’ordinateur est réalisé via un réseau de télécommunication de type Sigfox®, LoRa® ou NB-IoT®, téléphonique cellulaire, Wifi ® ou internet, sans que ces exemples ne soient limitatifs.
Selon une étape de calibration (330) un premier cycle de sollicitation préprogrammé est lancé. Ce cycle a pour objet de déterminer la réponse du bâtiment à une surpression stabilisée, par exemple de +10 Pa par rapport à la pression extérieure. Il permet d’initialiser la puissance de chauffage, le débit d’air délivré par le ventilateur pilotable et l’ouverture du registre dans le cas de l’utilisation d’une machine telle que décrite en référence à la .
Selon une variante, le cycle est adapté en cours de la mesure en fonction de la réponse thermique du bâtiment.
Selon une variante, l’outil stoppe les cycles automatiquement dès lors que les paramètres thermiques intrinsèques du bâtiment ont été identifiés.
Selon une étape d’essai (340) un programme d’essais avec variation de la température et/ou de la puissance de chauffage ou de refroidissement est enclenché afin de déterminer les paramètres caractéristiques gouvernant la réponse thermique dynamique du bâtiment.
Ces sollicitations sont réalisées avec un contrôle simultané de la température et de la pression, de sorte que le ventilateur pilotable et les moyens de chauffage sont toujours pilotés simultanément au cours d’un même cycle de sollicitation.
Ainsi, dans le cas de l’utilisation de la machine telle que décrite en référence à la , la position des registres est régulée pour maintenir le bâtiment suffisamment en surpression sur la durée du test afin d’éviter tout risque d’infiltration. Par ailleurs, la vitesse de rotation des ventilateurs est régulée pour assurer le bon fonctionnement des batteries chaudes (décollements) et du débitmètre (gammes de vitesses admissibles), ainsi que pour des raisons de sécurité (surchauffe).
Avantageusement, les essais comprennent une série de cycles réalisés de jour et une série de cycles réalisés de nuit afin de mieux identifier l’influence du rayonnement solaire.
Les ouvertures restent occultées durant toute la série d’essais.
montre un exemple de cycles donnant en fonction du temps (401) en heures, la température (402) et la puissance délivrée par les moyens de régulation thermiques.
Plus précisément, ce relevé donne la température à l’intérieur du bâtiment (422) en fonction de la température extérieure (421) toutes deux mesurées par des capteurs appropriés, la puissance de chauffage (431) délivrée par les moyens propres du bâtiment, par exemple de radiateur, et la puissance du flux thermique généré par le dispositif objet de l’invention (432) en valeurs positives lorsque ledit flux thermique est insufflé dans le bâtiment (chauffage) et en valeurs négatives lorsque ledit flux thermique est extrait du bâtiment (refroidissement). À partir de ces cycles et de la réponse thermique (422) du bâtiment, le comportement thermique dynamique est évalué.
Typiquement, l’installation objet de l’invention permet l’identification des performances dynamiques d’un bâtiment en un temps réduit par rapport à l’art antérieur, typiquement compris entre 12 heures et 96 heures continues selon la taille du bâtiment.
Les exemples de réalisation montrent que l’invention atteint le but visé et permet l’identification rapide du comportement d’un bâtiment équipé ou non de ses moyens de chauffage ou de climatisation.

Claims (22)

  1. Système pour mesurer une réponse thermique dynamique d’un volume, comprenant un bâtiment fermé (110, 500) délimitant le volume et comprenant un ouvrant (111, 511) et un moyen pour mesurer les variations temporelles de température en un point au moins dudit volume
    caractérisé en ce qu’il comporte un ventilateur (130, 530) apte à insuffler de l’air dans le bâtiment fermé et des moyens pour le raccordement du ventilateur (130, 530) à l’ouvrant (111, 511) ;
    - des moyens de chauffage (140, 540) aptes à chauffer le volume délimité par le bâtiment fermé ;
    - au moins un capteur de température (192, 592) apte à mesurer la température de l’air dans le volume ; et
    - une centrale (190) comprenant des moyens de mémoire apte à contenir un programme informatique, des moyens de calcul, une interface d’acquisition apte à acquérir des signaux dudit capteur de température, ledit programme informatique étant apte à enregistrer les données acquises par l’interface d’acquisition ainsi que les informations relatives à la puissance d’apport de calories par ledit ventilateur (130, 530) et lesdits moyens de chauffage (140, 540).
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment fermé comprend au moins une ouverture distincte de l’ouvrant (112, 113. 512), et qui comprend des moyens amovibles (222, 213) aptes à occulter le rayonnement thermique à travers l’ouverture distinct dudit ou desdits ouvrant (112, 113).
  3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un capteur de pression (191, 591) apte à mesurer la pression et la température de l’air dans le volume.
  4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite centrale étant une centrale d’acquisition (190) et de contrôle comportant en outre une interface de commande apte à transmettre une consigne de pilotage du débit dudit audit ventilateur et une consigne de pilotage de la puissance desdits moyens de chauffage, ledit programme informatique étant apte à contrôler l’interface de commande et l’émission des consignes de température et de pression en fonction des données acquises par l’interface d’acquisition.
  5. Système selon la revendication 2, dans lequel les moyens d’occultation de l’ouverture distincte de l’ouvrant comprennent une feuille réfléchissante (222).
  6. Système selon la revendication 2, dans l’ouverture distincte de l’ouvrant comprend une paroi (212) fermant l’ouverture (112, 512) et dans lequel une entretoise permet d’écarter la feuille réfléchissante (222) de la paroi (212) fermant l’ouverture (112, 512).
  7. Système selon la revendication 5, dans lequel les moyens amovibles comprennent une pluralité de ventouses (213) aptes à adhérer à la paroi (212) fermant l’ouverture (222).
  8. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de raccordement du ventilateur pilotable (530) à l’ouvrant comprennent une bâche (531) apte à occulter l’ouvrant en dehors d’un passage d’insufflation pour le ventilateur pilotable, et comprennent un capteur de flux thermique (593) mesurant un flux thermique traversant la bâche (531).
  9. Système selon la revendication 1, comprenant un conduit d’insufflation (121) et un conduit d’extraction (122) en communication aéraulique et des moyens pour connecter lesdits conduits à l’ouvrant (111) du bâtiment fermé et dans lequel le ventilateur pilotable est apte à réaliser une circulation d’air passant dans le conduit d’insufflation et dans le conduit d’extraction.
  10. Système selon la revendication 9, dans lequel les moyens de chauffage (140) sont aptes à chauffer l’air dans le conduit d’insufflation (121).
  11. Système selon la revendication 9, comprenant un premier registre (151, 152) apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction (122) avec un premier conduit (123, 124) en dérivation et en communication avec un air extérieur au bâtiment fermé.
  12. Système selon la revendication 11, comprenant un deuxième registre (151, 152) apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction (122) avec un deuxième conduit (123, 124) en dérivation et en communication avec l’air extérieur au bâtiment fermé, dans lequel le premier registre (151) est placé en amont du premier conduit en dérivation (123) et le deuxième registre (152) est placé en aval du deuxième conduit (124) en dérivation dans le sens de circulation de l’air.
  13. Système selon la revendication 11, comprenant des moyens de motorisation aptes à commander l’ouverture et la fermeture du premier et du deuxième registre (151, 152), la centrale d’acquisition et de contrôle étant apte à transmettre des consignes de pilotage de registre auxdits moyens de motorisation, le programme informatique étant apte à commander une émission des consignes de pilotage de registre.
  14. Système selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment fermé comprend un toit, et comprenant un capteur de rayonnement (196) fixé au toit (116) du bâtiment fermé un signal issu du capteur de rayonnement étant dirigé vers la centrale de contrôle de d’acquisition (190).
  15. Système selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment fermé comprend une façade (115) et qui comprend une caméra (195) filmant la façade (115) du bâtiment, un signal issu de la caméra étant dirigé vers la centrale de contrôle et d’acquisition (190).
  16. Procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un immeuble (110) mettant en œuvre un système selon la revendication 1, et comprenant des étapes consistant à :
    i) installer (320) le ventilateur (130, 530) et les moyens de chauffage (140, 540) ;
    ii) démarrer un premier cycle (330) pour calibrer le dispositif vis-à-vis du bâtiment fermé ;
    iii) démarrer une série cycles d’essais (340) pour identifier les paramètres de la performance thermique dynamique du bâtiment fermé, un cycle d’essais (340) se déroulant en moins de 5 jours.
  17. Procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un immeuble (110) selon la revendication 16 caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape consistant à occulter (310) les ouvertures (112, 512) du bâtiment préalablement au démarrage dudit premier cycle.
  18. Procédé selon la revendication 16, dans lequel une partie de l’étape iii) est réalisée de jour et une autre partie de nuit.
  19. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l’étape ii) comprend la mise en surpression de l’intérieur du bâtiment fermé par rapport à l’extérieur du bâtiment fermé d’une valeur égale ou supérieure à 10 Pa.
  20. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les moyens de chauffage (140, 540) et le ventilateur pilotable (530, 130) sont activés simultanément tout au long des cycles de l’étape iii).
  21. Procédé selon la revendication 17, dans lequel les moyens d’occultation des ouvertures restent installés tout au long de l’étape iii).
  22. Procédé selon la revendication 16, dans lequel la durée de l’étape iii) est inférieure à 96 heures continues.
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