Brevet FR2505458A1 — publié le 19821112

L'invention se rapporte à un dispositif pour la gestion aéraulique thermique de bâtiments, en particulier les bâtiments à usage d'habitation. On entend par dispositif aéraulique, un appareillage mufti fonctionnel, assurant entre autres fonctions le conditionnement de l'air des bâtiments Il convient, avant d'aborder les dispositions principales de ce dispositif, de rappeler les difficultés rencontrées à ltoccasion de la mise en oeuvre d'un certain nombre de dispositifs antérieurement connus. On rappellera tout d'abord les appareils à circulation de liquides principalement l'eau, qui n'assurent que la fonction thermique. Ces appareil ont l'inconvénient d'être découplés de la fonction de distribution et de renouvellement d'air, ce qui conduit d'une part, à des surchauffes, d'autre part à des phénomènes de stratification dans le volume d'air de l'habitation. Cela se traduit par des pertes thermiques et une surconsommation d'énergie ainsi qu'à un inconfort notoire. Dans le but d'économiser l'énergie de chauffage, on devra dans un avenir rapproché mettre en oeuvre, pour l'habitat, des techniques d'hyperisolation. Dans de tels habitats, le confort dépend d'une manière cruciale de l'homogénéité des températures surfaces et fluides d'une part, d'autre part, d'un renouvellement de l'air suffisant et contrôlé, ce qui rend pratiquement inutilisables les dispositifs de chauffage à circulation de liquide. On peut donc faire appel au système de chauffage aéraulique qui ne présente pas les inconvénients majeurs des appareils à circulation de liquide. I1 a déjà été mis en oeuvre des appareillages, du type aéraulique, qui ont été plus particulièrement développés aux Etats-Unis mais qui présentent encore actuellement un niveau technique relativement grossier. En effet, ces appareillages comportent une soufflerie centralisée, de grande taille, fonctionnant à débit constant, grande consommatrice d'énergie, très bruyante. Ce type d'installation met en jeu un réseau de distribution complexe utilisant de nombreux volets de réglage et registre d'orientation des fluides. Les défauts de ces appareils connus sont liés à deux raisons essentielles ; tout d'abord, les grandes puissances exigées, néces sitent en régime de pointe d'importants débits ainsi que des températures de source froide ou chaude extrêmes.L'adoption de systèmes à débit constant impose ce débit de pointe de façon permanente, car la puissance de chauffe ou de climatisation est modulée exclusivement en température du fluide de distribution. Ainsi, au grand débit correspondent des vitesses de soufflage importantes (bruit de souffle, courant d'air), de grandes pertes de charge, de fortes puissances de ventilation, ce qui influe défavorablement sur la durée de vie des ventilateurs. De plus, de telles installations sont rendues difficiles et coûteuses en raison du diamètre important des gaines de soufflage à adapter à l'architecture interne des bâtiment. La présente invention a pour but principal de fournir en conséquence un dispositif aéraulique, plus particulièrement adapté aux constructions de type hyper-isolées, à fable consommation d'énergie et permettant, de façon exhaustive, d'assurer les fonctions liées au conditionnement de l'air de manière à répondre notamment aux règlementations thermiques dans le cadre des études sur les économies d'énergie pour l'habitat. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif monobloc préfabriqué intégrant fonctionset composanbet formant lui-mFme élément de structure porteuse pour les batiments. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif pouvant utiliser à la fois différentes sources de chaleur, notamment générateur à gaz, fuel, électricité, charbon ou bois d'une part, et d'autre part, hélio-thermique, actif et passif. Un autre but encore est de fournir un dispositif possédant un accumulateur de chaleur basse température, comprise notamment entre 35 et 40 degrés centigrades, associé à une distribution basse vitesse contralée, programmable, et modulée pour chacune des zones de vie de l'habitat. Un autre but encore est de fournir un réseau de distribution spécialement adapté au dispositif aéraulique supprimant la mise en place de gaines de distribution apparentes. L'invention répond à ces différents buts en fournissant un dispositif pour la gestion aéraulique thermique de bâtiments qui comprend d'une manière en soi connue un corps de chauffe cylindrique disposé de préférence au centre du bâtiment et au moins une source principale de production de chaleur, ce dispositif étant remarquable en ce que le corps de chauffe est formé d'un cylindre lequel est raidi intérieurement par des cloisons normales à sa paroi et s'étendant sur la hauteur du cylindre pour former une structure porteuse. Certaines des cloisons de raidissement sont réunies entre elles par des parois cylindriques formant avec lesdites cloisons et la paroi du cylindre des gaines de fonction.Ces gaines de fonction sont réparties d'une part en gaines de soufflage d'air chaud, d'autre part en gaines de reprise d'air à réchauffer, d'autre part encore, en gaines logement des divers colonnes techniques du bâtiment Au moins une couronne distributrice est alimentée en air chaud ou froid par les gaines de soufflage du cylindre, au moins une desdites gaines. de soufflage puisant l'air chaud dans une chambre située au voisinage de l'une quelconque des extrémités du cylindre. La couronne est disposée dans le cylindre, entre ses extrémités, et cette couronne possède plusieurs bouches de distribution radiale équipée chacune d'un moto-ventilateur à vitesse variable.Ce dispositif est équipé de moyens de régulation pour commander le débit des motos-ventilateurs en fonction de la demande de chaleur et régule à température pratiquement constante la source principale de production de chaleur. Grâce à ces dispositions principales, on réalise un dispositif monobloc, intiltiqonctionnel, pouvant être préfabriqué, servant de structure porteuse pour la charpente et les différents niveaux de l'habitation. Un tel dispositif monobloc intègre sur le plan fonctionnel, l'accumulateur de chaleur, le générateur interne de chaleur équipé de ses conduits d'évacuation, la distribution verticale de l'air et ses ventilateurs, la distribution horizontale et ses ventilateurs, enfin les différentes colonnes techniques telles que, distribution-évacuation d'eau, distribution électrique, téléphone, tous les conduits connexions et cablages étant en place en attente de raccordement aux réseaux extérieurs d'une part, d'autre part aux appareils. Suivant une disposition de l'invention, la couronne de distribution d'air pulsé est raccordée à un plancher creux, isolé thermiquement, ce plancher étant cloisonné pour former un réseau de canaux de soufflage d'air dans les pièces de l'habitat et au moins un canal de reprise d'air à réchauffer raccordé directement à la gaine de reprise d'air correspondante du cylindre. Cette disposition est particulièrement avantageuse puisqu'elle permet de supprimer complètement les gaines de soufflage extérieures que l'on devait adapter parfois avec beaucoup de difficultés à l'architecture d'un bâtiment . On notera par ailleurs que le plancher creux étant thermiquement isolé les risques d'inconfort bien connus des planchers dits chauffants sont totalemént éliminés. La distribution des bouches de soufflage dans les différentes pièces de l'habitat est extrêmement simplifiée puisqu'il suffit seulement de pratiquer dans les planchers de dlistribution une ouverture à l'endroit le plus approprié en fonction de la disposition et de la nature des pièces de l'habitat. Selon un mode de réalisaliGn avantageux, on fait comporter au dispositif deux sources principales de chaleur, l'une constituée par un générateur classique à fuel, gaz, électricité, charbon ou bois, l'autre constituée par un capteur hélio-thermique à air chaud. Le générateur classique est logé à la base du cylindre du dispositif et communique avec la couronne distributrice par une gaine de soufflage montante.Le générateur hélio-thermique est placé en façade de bâtiment et se raccorde d'une part à l'extrémité supérieure du cylindre pour alimenter la couronne distributrice par l'intermédiaire d'une gaine de soufflage descendante, d'autre part ce générateur se raccorde à la base du cylindre du dispositif, pour former un circuit continu capteur-cylindre traversant le cylindre de haut en bas, lequel cylindre contient à l'intérieur de l'espace libre de gaine et de conduit un empilenst d'agrégats réfractaires pour le stockage de calories.La distribution de l'air chaud ou froid se fait dans un tel dispositif en commandant l'arrêt ou le fonctionnement des moto-ventilateurs et en modulant leur débit de manière à ce qu'll. soit adapté à la température idéale souhaitée dans les différentes zones de l'habitat" on pourra commander toutes les fonctions de la gestion aéraulique de lthabitat par l'intermédiaire d'un micro-processeur analyseur. D'autre s dispositions et avantages ressortiront encore de la description détaillée qui suit d'un mode d'exécution de l'invention donné ici à titre d'exemple et représenté sur les dessins joints dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective, avec parties arrachées montrant un exemple dhabitation équipée d'u dispositif aéraulique avec option solaire la figure 2 est une élévation ou élévation coupe montrant plus en détail la disposition doR prinoilaux oomlmonnts la figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif suivant I-I de la figure 2 la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant n-lt de la figure 2 la figure 5 est une vue en coupe transversale suivant m-m de la figure 2 la figure 6 est une vue en coupe transversale suivant IV-1V de la figure 2 la figure 7 est une vue en coupe transversale suivant V-V de la figure 2 la figure 8 est une vue en coupe transversale suivant VI-VI de la figure 2 la figure 9 est une vue en coupe transversale suivant VI1-VII de la figure 2 la figure .10 est une vue en élévation coupe partielle au niveau de la couronne de soufflage montrant en détail la liaison couronneplancher selon EI-III de la figure 2 la figure il est une vue en plan du plancher creux et de la couronne distributrice au niveau de la ligne m-III de la figure 2 les figures 12, 13, 14 et 15 sont des vues en perspective montrant les principales phases de fonctionnement du dispositif Ainsi qu'il est représenté figure 1, le dispositif pour la gestion aéraulique thermique de bâtiments est désigné par la référence générale 10. Ce dispositif se compose tout d'abord d'un corps de chauffe formé dtun cylindre il disposé au centre du bâtiment 12 Selon une première disposition, afin de former une structure porteuse pour le bâtiment, le cylindre il est raidi intérieurement par des cloisons 13 visibles notamment sur les figures 2 et 9. Ces cloisons sont normales à paroi du cylindre et s'étendent sur toute sa hauteur pour former, comme il vient d'être indiqué, une structure porteuse.Certaines de ces cloisons par exemple 13a, 13b ou encore 13c,13d, 13d > sont réunies entre elles sur tout ou partie de leur hauteur par des parois cylindriques 14,15,16,17,18, voir notamment figure 7, formant avec lesdites cloisons, radiales au centre du cylindre, des caissons de rlgidlllca- tion mais aussi des gaines de fonction réparties d'une part en gaines de soufflage d'air chaud 19, d'autre part en gaines de reprise d'air à réchauffer 20, d'autre part encore, en gaines de logement 21 des diverses colonnes techniques du bâtiment telles que par exemple conduites d'eau 22a, 23a d'évacuation,24a,24b d'alimentation. Ainsi qu'il en apparaitra à la lecture des figures 1, 2, 5 et 10, le cylindre Il dans l'exemple représenté comporte, entre ses deux extrémités, une couronne distributrice 22 alimentée en air chaud ou froid par les gaines de soufflage du cylindre respectivement 19-19a. La couronne 22 possède plusieurs bouches de distribution radiales 23 équipées chacune d'un moto-ventilateur à vitesse variable 24. La gaine de soufflage 19 puise l'air chaud au sommet du cylindre Il dans une chambre 25 tandis que la gaine 19a puise l'air chaud en provenance du générateur 26 disposé dans une chambre 27 située 9 la partie inférieure du cylindre 11. La couronne de 'distribution d'air pulsé est raccordée de façon communicante avec un plancher creux 28 dont les caractéristiques de construction apparaitront plus particulièrement à la lecture des figures 2, 10 et 11. Ce plancher creux est constitué en premier lieu d'au moins deux panneaux de raccorde ment respectivement 29-30 d'une part aux bouches 23 de la couronne distributrice 22 d'autre part à la gaine 20 de reprise d'air à réchauffer. Dans l'exemple représenté les panneaux de raccordement 29-30 ont chacun une face de raccordement 31 s'intendant ici sur 180 degrés pour s'adapter de façon enveloppante au contour de la couronne 22. Les panneaux de raccordement 29 et 30 présentent, à l'opposé de la couronne 22, trois faces droites respectivement 32-33-34 se raccordant avec des éléments de plancher standard par exemple des éléments modulaires identiques notamment 35-36. Pour permettre la communication entre les bouches distributrices 23 de la couronne 22 et les éléments de plancher standard, les éléments plancher de raccordement sont traversés par autant de diffuseurs d'air 37 que la couronne 22 comporte de bouches distributrices 23. Dans le cas présent, les diffuseurs 37 affectent la forme générale d'un tronc de pyramide présentant au sommet un orifice de raccordement pour s'adapter aux bouches 23 de la couronne et présentant à sa base une fente de distri bution égale à l'épaisseur e qui sépare les façades des éléments de plancher.Tous les éléments de plancher présentent deux façades thermiquement isolantes respective ment 38-38a maintenues espacées par des cales de raidissement 39 que l'on a représentées dans la coupe de la figure 10 ; il est prévu par ailleurs, dans l'épaisseu de chaque façade 38-38a d'un même panneau, des cales de jonction et de mise à nivea 40 jouant le rôle de tenon entre les éléments de plancher 29-30 et les éléments de plancher standard. Ces éléments comportent dans l'espace e, outre des cales 39, de liteaux continus filants référencés 41 figure 11.Ces liteaux délimitent des canaux de soufflage et par suite des zones de soufflage telles que A ,8 dont la température peu être différente en fonction de la modulation du débit des moto-ventilateurs 24 associé Ce mode de construction particulier a l'avantage d'ami liorer l'isolation acoustique et accroftre la portée des planchers Certains de ces canaux tels que 42 figure 11 sont affectés à la reprise d'air dans les locaux et communiquent directement avec la gaine de reprise d'air 20 du cylindre 11. La distribution de l'air traité par le dispositif dans les différentes zones de l'habitat se fait au travers d'orifices 43 ménagés dans les façade des éléments de plancher en des emplacements variables choisis en fonction de la disposition particulière des différentes zones de l'habitat. Selon un mode d'exécution préféré, le dispositif comprend deux sources principales de chaleur l'une 26 située comme il a été déjà indiqué dans i logement 27 situé à la base du cylindre 11. Cette source de chaleur est un générateur d'air chaud à fuel, gaz, bois, charbon,etc.. L'installation comprend une seconde source de chaleur constituée par une ou plusieurs batteries de capteurs héliothermiques 45 à air chaud. La ou les batteries de capteurs sont disposées sur l'une dos façi'dos do l'habitat comme montré figure 1. Dans l'exemple choisi, le capteur 45 est relié à la chambre 27 du cylindre 11 par l'intermédiaire d'une gaine de soufflage 46 équipée d'un moto-ventilateur 47 situé dans cette même chambre.A son autre extrémité, la gaine 46 débouche à l'intérieur d'une verrière 48 qui conduit cet air dans une hotte collectrice 49 communiquant avec la partie échangeur des capteurs. L'air chaud des capteurs est conduit par une ou plusieurs gaines 50 dans la chambre 25 située au sommet du cylindre 11. De cette manière, on constitue un circuit continu capteurs-cylindre dans lequel, dans le cylindre, l'air chaud circule de haut en bas. L'espace libre de gaines et de conduits du cylindre est rempli d'un empilement d'agrégats réfractaires 51, par exemple des galets naturels, ce qui constitue un accumulateur pour le stockage de calories. On se reportera plus spécialement aux figures 12 9 15 pour expliquer la gestion aéraulique du dispositif. Dans ces dessins, les flèches noires indiquent les circuits en fonctionnement, les flèches blanches les circuits hors fonctionnement. Dans l'exemple de la figure 12, on a montré la fonction captage-stockage-distribution en régime diurne. L'air frais est capté en toiture par l'intermédiaire d'une cheminée 53 en direction d'un premier échangeur de chaleur 52 puis il pénètre dans le canal de reprise d'air 42 du plancher creux pour pénétrer directement dans la gaine descendante 20 du cylindre Il pour déboucher dans la chambre 27 située à la base du cylindre. La bouche distributrice de la gaine 20 est pourvue d'un moto ventilateur 20a a débit modulable du même type que ceux équipant la couronne distributrice 22. L'air de la chambre 27 est maintenu à température constante par la circulation capteur-cylindre qui, dans cette phase, fonctionne en continu.L'air capté dans la chambre 27 par le moto ventilateur 47, la gaine 46, le capteur 45 est délivré par les gaines 50 par l'intermédiaire de moto ventilateurs 50a pour traverser de haut en bas la masse d'agrégats réfractaires du cylindre 11. L'air de retour est capté par l'intermédiaire du générateur de chaleur 26 qui est hors fonctionnement, emprunte la gaine ascendante 19a, pénètre dans la couronne 22 d'où il est distribué par l'intermédiaire des moto ventilateurs 24 et les éléments de plancher creux ainsi qu'il a été indiqué plus haut. L'air chaud de la chambre 25 conduit à la couronne 22 par le moto ventilateur 51 et la gaine 19 se mélange à l'air de retour avant distribution par la couronne. Dans l'exemple de la figure 13, dans la phase de stockage chauffage sans appoint, une partie de l'air délivré par le capteur 45 est repris dans la chambre 25 du cylindre par l'intermédiaire du moto ventilateur 51 de la gaine de soufflage descendante 19 raccordée à la couronne 22. Dans la phase de dé stockage en régime nocturne, sans appoint de chaleur par le générateur de chaleur 26, le circuit capteur 45 cylindre 11 est neutralisé. L'air de reprise de la gaine 20 traverse de bas en haut les agrégats réfractaires d'où il est repris dans la chambre 25 par le moto ventilateur 51 de la gaine descendante qui communique avec la couronne 22 comme précédemment indiqué En figure 15, l'installation fonctionne uniquement avec la mise en service du générateur 26 ce qui correspond par exemple à la phase de mis en température. Dans ce cas, le circuit capteur-cylindre est neutralisé, le générateu fournit de l'air chaud qui est conduit par la gaine ascendante 19a en direction de la couronne 22. Les moyens de régulation du débit des moto ventilateur de l'ensemble de l'installation sont constitués par un micro-processeur 53 logé à la base d'une gaine technique 21a. Suivant le flux solaire et la température extérieure, le micro-processeur en relation avec une série de thermostats, de cellules photo voltarques, thermistances, détecteur de présence I.R., non représentés, décide de la mise en action du capteur 45 si par exemple une information thermostatique de demande de chauffage ou de stockage insuffisant est émise Le micro-processeur sélectionne le débit de circulation tant que l'air chaud sort des capteurs 45 à ten rature optimum. L'air, par exemple a 37G est mis en circulation dans l'installation et l'habitat suivant un débit basse vitesse modulé pièce par pièce. Le renouvellement de l'airs responsable pour environ 1/3 du refroidissement de l'habitat se fait comme indiqué au travers de l'échangeur 5. å double flux. Le micro-processeur analyseur commande en outre en l'absence d'insolation la coupure du circuit capteur-cylindre, la mise en fonction si nécessaire du générateur de chaleur 26 et pilote, d'une manière générale les fonctions stockage d'air chaud et distribution sélective en fonction de critères d'économie d'énergie constamment contrôlés et appliqués à la marche de l'installation La gaine technique 21a pourra abriter le réseau vertical des différents conducteurs électriques, câbles téléphoniques, télévision, etc.., l'ensemble étant interconnecté sur tableaux prêts au raccordement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple ci-dessus décrit et représenté pour lequel on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour la gestion aéraulique thermique de bâtiments, en particulier les bâtiments hyper isolés, du genre comprenant un corps de chauffe cylindrique 10 disposé de préférence au centre du bâtiment 12 et au moins une source principale de production de chialeur, dispositif caractérisé en ce que le cylindre Il du corps de chauffe est raidi intérieurement par des cloisons 13 normales à sa paroi et s'étendant sur la hauteur du cylindre pour former une structure porteuse, certaines de ces cloisons 13a, 13b, 13c, 13d, étant réunies entre elles par des parois cylindriques 14, 15,16,17,18, formant avec lesdites cloisons et la paroi du cylindre des gaines de fonctions réparties d'une part en gaines de soufflage d'air chaud l9-19a, d'autre part en gaines 20 de reprise d'air å réchauffer, d'autre part encore en gaines logement 21 des diverses colonnes techniques 22a,23a,24a,24b,24c, du bâtiment, au moins une couronne distributrice 22 étant alimentée en air chaud ou froid par les gaines de soufflage l9-19a du cylindre, au moins l'une desdites gaines de soufflage puisant l'air chaud dans une chambre située au voisinage de l'une quelconque des extrémités 25-27 dudit cylindre, ladite couronne étant disposée dans le cylindre, entre ses extrémités, cette couronne possédant plusieurs bouches 23 de distribution radiales équipées chacune d'un moto ventilateur 24 a vitesse variable, des moyens de régulation étant en outre prévus pour commander le débit des moto ventilateurs en fonction de la demande de chaleur et réguler à température pratiquement constante la source principale de production de chaleur. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne 22 de distribution d'air pulsé est raccordée å un plancher creux 28, isolé thermiquement, ce plancher étant cloisonné pour former un réseau de cawux 35-36 de soufflage d'air dans les pièces de l'habitat et au moins un canal 42 de reprise d'air à réchauffer raccordé directement à la gaine 20 de reprise d'air correspondante du cylindre. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractéris en ce que le plancher creux associé à une couronne de distribution d'air pulsé est constitué d'une part d'au moins deux panneaux de raccordement 29-30 à la couronne distributrice 22 et à la gaine 20 de reprise d'air du cylindre avec une face de raccordement 31 en arc de cercle pour s'adapter au contour de la couronne 22 et des faces de raccordement droites 32, 33, 34, lesdits panneaux de raccordement étant traversés par autant de diffuseurs d'air 37 que de bouches de distribution 23 prévues à la couronne > d'autre part de panneaux de plancher standards, 35-36, parallélepipediques,creux,s'adaptant aux dits panneaux de raccordement 29-30 pour communiquer avec les diffuseurs 37 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les élémentsstandards de plancher sont constitués de deux façades 38-38a thermiquement isolantes maintenues espacées par des cales 39 de raidissement, des liteaux 41 continus filants étant disposés dans l'espace creux e desdits éléments de plancher pour délimiter les canaux de soufflage et de reprise d'air 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend deux sources principales de chaleur l'une constituée par un générateur classique 26 à fuel, gaz, électricité, charbon ou bois, l'autre constituée par un capteur hélio-thermique 45 à air chaud, le générateur classique 26 étant logé à la base du cylindre il et communiquant avec la couronne distributrice 22 par une gaine de soufflage montante 19a, le générateu héliothermique 45 étant placé en façade de bâtiment et se raccordant d'une part à I'extrémité supérieure 25 du cylindre Il pour alimenter la couronne distributric 22 par l'intermédiaire d'une gaine de soufflage descendante 19, d'autre part1 se raccordant à la base dudit cylindre pour former un circuit continu capteurcylindre traversant le cylindre de haut en bas, lequel contient à l'intérieur de Bspace libre de gaine et de conduit, un empilement d'agrégats réfractaires 51 pour le stockage de calories. 6) les bâtiments notamment à usage d'habitation équipés d'un dispositif aéraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et caractérisé par le fait que le cylindre Il constitue une structure porteuse pour les susdits bâtiments et regroupe la majorité des gaines de fonctions.