Brevet FR2500593A1 — publié le 19820827

Installation de climatisation économique d'une enceinte ou d'un local. L'invention est relative à une installation de climatisation d'une enceinte ou d'un local, économique par utilisation d'énergie active gratuite. L'invention vise plus particulièrement les enceintes ou locaux, tels que des maisons individuelles ou appartements limités par une ou plusieurs parois composites formées d'un mur extérieur, d'une cloison intérieure et d'une lame d'air continue comprise entre le mur et la cloison, des moyens de ventilation mécanique étant prévus pour prendre de l'air de renouvellement à l'extérieur et pour insuffler cet air dans l'enceinte ou le local en remplacement de lair vicié qui est évacué vers l'extérieur. L'invention a pour but, surtout, de fournir une installation de climatisation qui réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et qui, notamment, permette un assainissement des murs, et des économies d'énergie. Selon l'invention, une installation de climatisation d'une enceinte ou d'un local limité par une ou plusieurs parois composites formées d'un mur extérieur, d'une cloison intérieure, et d'une lame d'air continue comprise entre le mur et la cloison, des moyens de ventilation mécanique étant prévus pour prendre de l'air de renouvellement à l'extérieur et pour insuffler cet air dans l'enceinte ou le local en remplacement de l'air vicié évacué vers l'extérieur, est caractérisiepar le fait qu'elle comporte des moyens pour insuffler au moins une partie de l'air, pris à l'extérieur, dans la lame d'air continue comprise entre le mur et la cloison, et des moyens de passage prévus dans la cloison, notamment en tête de cloison, pour permettre l'introduction de l'air de renouvellement dans l'enceinte ou le local. De préférence, on insuffle l'air dans la partie basse de la lame d'air continue. Généralement, l'installation comporte, d'une manière connue en elle-meme, un échangeur thermique air/ air qui permet, en période froide, de réchauffer l'air de renouvellement pris à l'extérieur par l'air vicié extrait de l'enceinte ou du local avant rejet à l'extérieur. De préférence, le volume d'air insufflé dans la lame d'air continue est sensiblement de l'ordre de 10 X à 25 % du volume total d'air insufflé dans l'enceinte. Avantageusement, l'ensemble est agencé de telle sorte que le renouvellement de la lame d'air est de l'ordre de 10 à 15 volumes par heure Selon une autre disposition, qui peut etre utilisée indépendamment ou en combinaison avec les dispositions évoquées précédemment, une installation de climatisation conforme à 'invention est caractérisée par le fait qu'elle comporte un échangeur thermique air/sol, noyé dans le sol à une profondeur suffisante pour permettre, en période froide, de réchauffer l'air de renouvellement par la chaleur emmagasinée dans le sol. Avantageusement, l'échangeur thermique air/sol est situé à une profondeur d'environ 3 mètres dans le sol. L'échangeur thermique air/sol peut être utilisé en période chaude (été) pour assurer le refroidissement, par le sol,de l'air de renouvellement, pris à l'extérieur. L'invention consiste, mises à part les disposi tions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ciaprès à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ces dessins, est une coupe schématique d'une maison individuelle d'habitation- équipée d'une installation selon l'invention. La figure 2 est une coupe horizontale à plus grande échelle de la paroi composite, selon II-II, figure 1. La figure 3 est un détail, à plus grande échelle, de la figure 1. La figure 4 est une coupe verticale partielle du rez-de-chaussée sur sous-sol, d'un bâtiment sans étage, illustrant les moyens pour insuffler l'air. La figure 5, enfin, est un diagramme représentant les variations de la température extérieure et de la température du sol au cours d'une année. En se reportant aux dessins, notamment à la figure 1, on peut voir une installation de climatisation A pour un local 1 constitué par le volume intérieur d'une maison individuelle d'habitation 2. Ce local 1 est limité par des parois composites 3 formées d'un mur extérieur 4, notamment en maçonnerie, d'une cloison intérieur 5, notamment, en matière isolante thermiquement, et d'une lame d'air continue 6 comprise entre le mur et la cloison. Des moyens de ventilation mécanique 'sont prévus et comprennent, par exemple, un module d'insufflation V propre à prendre de l'air de renouvellement à l'extérieur en 7 et à insuffler cet air dans le local 1 en remplacement de l'air vicié qui est évacué, vers l'extérieur, par un module d'extraction 8. Les modules d'insufflation et d'extraction peuvent comprendre, d'une manière connue, une moto-turbine pour la mise en mouvement de l'air. L'installation A comporte des moyens 9 pour insuffler au moins une partie de l'air, pris à l'extérieur, dans la lame d'air 6, et des moyens He passage 10 prévus dans la cloison 5, notamment en tête de cloison, pour permettre l'introduction de l'air de renouvellement dans le local 1. Les moyens 9 pour insuffler l'air dans la lame 6 comprennent des gaines et buses d'insufflation 11 propres à introduire l'air de renouvellement dans la lame 6. Les gaines 11 sont réparties suivant la longueur de la lame et se terminent à des hauteurs h au-dessus du sol différentes. De préférence h est inférieure à cinquante centimètres. La section transversale de la gaine 11 peut avoir une forme elliptique, cette gaine étant percée d'un nombre de trous 12 suffisants, à différentes hauteurs pour répartir harmonieusement le débit insufflé dans la lame 6. La section transversale d'une gaine 11 peut etre également de forme circulaire débouchant directement à une hauteur a. L'air est insufflé en partie basse, de préfé- rence sur façade dans les angles de pièce ainsi que dans l'axe des allèges de baies. Les moyens de passage 10 peuvent etre formés par de simples ouvertures 13, munies de grilles. Ces ouvertures 13 sont disposées de préférence, en partie haute, entre le dessus des ouvertures et le plafond, dans l'axe des ouvertures de manière à assurer une répartition satisfaisante de l'air frais dans le logement. Les moyens de ventilation comprennent un aiguillage 14 pour orienter une partie de l'air de renouvellement vers les moyens 9, tandis que l'autre partie de cet air de renouvellement est insufflée directement dans le local 1 par des canalisations 15 à travers des ouvertures notamment prévues dans ou sous le plafond. Un échangeur thermique air/air 16 est prévu pour permettre, en période froide, de réchauffer l'air de renouvellement, pris à l'extérieur, par l'air vicié exirait du local et rejeté à l'extérieur. Le circuit d'extraction de l'air vicié est désigné dans son ensemble par la référence 17. L'échangeur 16 est disposé, par exemple, dans le grenier ou les combles. Dans le cas d'une maison sans étage, et sur soussol (voir fig. 4) l'échangeur 16 est disposé dans le sous-sol. Les flèches figurant sur le dessin correspondent au sens de circulation des fluides. De préférence, le volume d'air insufflé dans la lame 6, pan les moyens 9, est de l'ordre de 10 S à 25 % du volume total d'air insufflé dans le local ; le complément c'est-à-dire 90 S à 75 % du volume total d'air de renouvellement est introduit directement dans ce local. L'épaisseur e de la lame d'air est de l'ordre de quelques centimètres, avantageusement de l'ordre de 3 ou 4 centimètres. De préférence, l'ensemble est agencé de telle sorte que le renouvellement de la lame d'air soit de l'ordre de 10 à 15 volumes/heure. Si,par exemple, la ventilation est prévue pour assurer un renouvellement complet, par heure, du voluùe total du local 1, x étant la fraction d'air insufflée dans la lame 6 et Q étant le volume du local 1, on obtiendra un renouvellement de 15 volumes/heure de la lame d'air 6 si le volume total de cette lame d'air est égal à x.0/15. En période de chauffe, en particulier en hiver, par température extérieure de -50C par exemple, l'air de renouvellement, à la sortie 16a de l'échangeur 16 peut atteindre une température de l'ordre de 12,50C si la température de l'air vicié, extrait par le circuit 17, est de l'ordre de 200C dans le local 1. La température d'équilibre de l'air insufflé dans la lame 6 peut atteindre une température de l'ordre de 20C. Le fait d'insuffler de l'air de renouvellement, (notamment réchauffé) dans la lame d'air 6 conti-ibue à l'assainissement des murs limitant le local 1. En outre, l'écoulement d'air dans la lame 6 contribue à augmenter la résistance thermique de la paroi composite formée par le mur 4, la lame 6 et la cloison 5, ce qui entraine des économies d'énergie. Il est à noter que l'invention peut s'appliquer à des locaux, notamment à des maisons individuelles ou appartements limités par des murs simples. Il suffit, alors, de rapporter, à l'intérieur du local, une cloison 5 pour déterminer entre le mur et ladite cloison la lame d'air 6, et de réaliser l'insufflation d'air de renouvellement dans cette paroi. Du fait de l'existence d'une ventilation mécanique, double flux, toute autre entrée d'air frais se trouve avantageusement supprimée et les ouvertures telles que portes et fenetres prévues dans les murs de la maison, peuvent être munies de joints d'étanchéité puisque le renouvellement de l'air est assuré par la ventilation. Selon une autre disposition de l'invention, qui peut etre utilisée indépendamment ou en combinaison avec les dispositions précédentes, l'installation de climatisation A comporte un échangeur thermique air/sol 18, noyé dans le sol à une profondeur moyenne > suf f i- sante pour permettre, en période froide, de réchauffer l'air de renouvellement par la chaleur emmagasinée dans le sol S. De préférence, la profondeur (par rapport au nivellement définitif) est d'environ 3 mètres. L'échangeur thermique 18 peut etre constitué simplement par des canalisations d'air en forme de serpentin, dans un plan horizontal ou légèrement oblique, enterrées dans le sol à la profondeur moyenne de 3 mètres et ayant une longueur suffisante pour que l'échange thermique s'effectue avec un bon rendement. L'échangeur 18 est relié, par une canalisation 19, calorifugée, à une entrée d'une vanne 24. Cette vanne 24 permet, dans une première position, d'isoler l'entrée d'aspiration 7 de l'entrée 16b et de relier la sortie de l'échangeur 18 à cette entrée 16b et, dans une autre position, de relier l'aspiration 7 à l'entrée 16b en isolant cette entrée de la sortie de l'échangeur 18. Un ventilateur 25 est prévu en amont de l'échangeur 18 pour pousser l'air dans cet échangeur. L'entrée d'air 20 du ventilateur 25 peut etre située en surface du sol ou dans une tranchée ouverte à l'air libre. L'échangeur 18 permet un captage indirect d'éner gie solaire par extraction de la chaleur accumulée dans le sol, lequel présente une très grande inertie. Ce captage n'engendre pas de rupture de l'équilibre thermique dans le sol. Le diagramme de la figure 3 illustre, par la courbe "T extérieure",les variations de la tempé-. rature extérieure moyenne trihoraire, en région parisienne, tout au long de l'année , les températures sont portées en ordonnées tandis que les mois de l'année sont portés en abscisses. La courbe "T sol" représente les variations de la température moyenne du sol, à trois mètres de profondeur, dans cette meme région parisienne. Le premier mois de l'année, porté en abscisses, correspond au mois d'octobre, désigné par sa première lettre 0. En effet, la saison de chauffe en région parisienne commence généralement à mi-octobre. Les mois suivants sont désignés, également par leur première lettre. Le diagramme illustre l'atténuation des variations de la température dans le sol par rapport aux variations de la température extérieure (température de l'air) ainsi que le déphasage des deux courbes de variations. On voit que la moyenne de la température du sol supérieuie à la moyenne de la température extérieure sensiblement de la mioctobre à la mi-mars. Pendant cette période, l'échangeur air/sol 18 pourra être mis en service par action sil une vanne 21 permettant au module d'insufflation V de puiser l'air extérieur à travers l'échangeur 18. Le réchauffage de l'air de renouvellement, à travers l'échangeur air/sol 18 permet de disposer, à l'entrée 16b de l'échangeur air/air d'un fluide à une température supérieure à celle de l'extérieur, ce qui peut conduire à un accroissement du rendement de l'échangeur 16. L'écart maximum entre T sol et T extérieurese situe en décembre et est de l'ordre de 7"C (pour la région parisienne). Il est à noter que la température T sol se situe aux environs de 120C de la mi-octobre à la midémembre, et qu'elle ne descend pratiquement pas audessous de 90C jusqu'à fin mars. Dans l'exemple précédent, repris avec combinaison des échangeurs 16 et 18, la température extérieure de -5 C restant la même, la température à la sortie de l'échangeur 16 serait de Ta = 1607C au lieu de 1205Cet la température d'équilibre dans la lame d'air passerait alors à Tx = 120C au lieu de 2"C ce qui favorise encore l'assainissement du mur. En principe, l'échangeur air/sol 18 ne serait pas utilisé pendant les mois d'avril et de septembre pour une région présentant des courbes analoaues à celles de la figure 3. Il peut exister, cependant, des microclimats de région pour lesquels la mise en service de l'échangeur air/sol 18 pourrait se révéler utile. En période chaude (été) lorsque la température extérieure est supérieure à la température du sol (à 3 mètres de profondeur) l'échangeur air/sol 18 est utilisé pour assurer le refroidissement de l'air de renouvellement pris à l'extérieur. Dans ce cas, on prévoit un circuit 22 de dérivation, permettant de court-circuiter ou de shunter l'échangeur air/air 16. Ce circuit 22 comprend une canalisation de dérivation reliant directement l'entrée 16b à la sortie 16a de l'échangeur 16 et une vanne 23 permettant de commander l'ouverture ou la fermeture du circuit 22 et, simultanément, la fermeture ou l'ouverture de l'entrée 16b. La climatisation frigorifique à l'aide de l'échangeur air/sol peut être rjiscnnablement utilisée à partir du mois de mai dans les régions sud fortement ensoleillées ou à micro-climat pouvant l'imposer, et à partir du mois de juin pour les autres régions. L'écart maximum entre la température du sol et la température extérieure est de l'ordre de -9"4C de la mi-juin à la mi-juillet. La moyenne de l'écart se situe autour de -70C pendant les mois de mai et d'août. Une telle climatisation frigorifique est particulièrement intéressante pour un logement exposé aux bruits de l'espace extérieur et contraint à un isolement de façace imposant notamment, le maintien des fenêtres fermées. La climatisation frigorifique produite par l'échangeur air/sol 18 permet de maintenir la température du local 1 à une valeur inférieure, de l'ordre de 20C à 30C, aux températures extérieures moyennées. En outre, on obtient une diminution du choc thermique concernant les murs, ce qui favorise la conservation de l'ouvrage. Par ailleurs, l'écoulement d'air dans la lame d'air .6 renforce le rôle d'écran acoustique de cette lame et la technique double flux permet d'éliminer toutes entrées d'air de renouvellement qui sont autrement installées dans les façades exposées au bruit. D'une manière générale, le fait de souffler de l'air dans la lame 6 permet de compenser les ponts thermiques verticaux et horizontaux périphériques, et d'augmenter la résistance thermique de l'ensemble de la paroi composite. REVENDICATIONS 1. Installation de climatisation économique, par utilisation d'énergie active gratuite, d'une enceinte ou d'un local, notamment d'une maison individuelle ou d'un appartement, limité par une ou plusieurs parois composites formées d'un mur extérieur, d'une cloison intérieure et d'une lame d'air continue comprise entre le mur et la cloison, des moyens de ventilation mécanique étant prévus pour prendre de l'air de renouvellement extérieur et pour insuffler cet air dans l'enceinte ou le local en remplacement de l'air vicié qui est évacué vers l'extérieur, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens (9) pour insuffler au moins une partie de l'air, pris à l'extérieur, dans la lame d'air continue (6) comprise entre le mur (4) et la cloison (5), et des moyens de passage (10) prévus dans la cloison, notamment en tête de cloison, pour permettre l'introduction de l'air de renouvellement dans l'enceinte ou le local (1). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'air est insufflé dans la partie basse de la lame d'air continue (6), notamment à une hauteur (h) au-dessus du sol inférieure à cinquante cen timètres. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte d'une manière en soi connue, un échangeur thermique (16) propre à réchauffer l'air pris à l'extérieur par l'air vicié extrait de l'enceinte ou du local et rejeté à l'extérieur. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle et agencée de telle sorte que le volume d'air insufflé dans la lame d'air (6) est sensiblement de l'ordre de 10 X à 25 % du volume total d'air insufflé dans l'enceinte (1). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est agencée de telle sorte que le renouvellement de la lame d'air (6) est de l'ordre de 10 à 15 volumes par heure. 6. Installation de climatisation d'une enceinte ou d'un local, notamment selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un échangeur thermique air/sol (18) noyé dans ie sol, à une profondeur suffisante pour permettre, en période froide, de réchauffer l'air de renouvellement de l'enceinte par la chaleur emmagasinée dans le sol. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'échangeur thermique air/sol (18) est situé à une profondeur moyenne de trois mètres dans le sol. 8. Installation de climatisation selon l'ensemble de la revendication 6 ou 7 et de la revendication 3, caractérisée par le fait que la sortie de l'échangeur thermique air/sol (18) est reliée à l'entrée de l'échangeur air/air. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'elle comporte un circuit de dérivation (22) propre à court-circuiter l'échangeur air/air (16) notamment lorsque l'échangeur thermique air/sol (18) est utilisé pour le refroidissement de l'air de renouvellement en période chaude (été).