Brevet FR2739178A1 — publié le 19970328

La présente invention concerne un dispositif de gestion optimisée de l'air dans un local. Dans les locaux d'habitation et locaux professionnels, on constate qu'aujourd'hui les fonctions de chauffage, de ventilation, d'isolation thermique, d'isolation acoustique, de rafraîchissement de l'air en été, etc. sont traitées unilatéralement et séparément uniquement pour répondre aux problèmes spécifiques posés par chacune d'elles. Or, cet éparpillement technique conduit à, d'une part, une sommation des coûts ne conduisant pas à une optimisation des coûts globaux, et d'autre part, un chevauchement voire à une annihilation des techniques spécifiques à chaque fonction ne conduisant pas non plus à une optimisation des résultats ainsi qu'à une fiabilité optimale avec des coûts d'usage réduits. Or, I'optimisation des prestations aérauliques d'une enceinte, que ce soit pour améliorer la salubrité des locaux, la qualité de vie, ou les coûts de consommation et d'investissement, est devenue ces dernières années un problème de plus en plus important. Un but recherché étant notamment de faire bénéficier aux logements dits sociaux de la même qualité de vie que celle dont peuvent se prévaloir aujourd'hui les réalisations haut de gamme. En particulier, I'augmentation du taux horaire de renouvellement d'air, de plus en plus préconisé pour obtenir une meilleure salubrité des locaux, ne fait qu'accroître l'importance qu'il est nécessaire de donner à une bonne gestion de l'air introduit dans les locaux. De plus, pour obtenir un confort et des coûts d'usage correspondant aux attentes des utilisateurs, il est nécessaire d'individualiser la gestion de l'air, c'est-à-dire de la limiter au volume de base occupé. Ainsi, il est souhaitable que chaque utilisateur puisse gérer le niveau et la quantité du confort qui lui convient, sans interférer ni subir les influences de son voisinage. Par contre, pour éviter d'une part une intervention trop importante de l'utilisateur pour mettre en oeuvre cette gestion, et d'autre part l'utilisation d'un dispositif trop complexe au cas où celui-ci serait entièrement automatisé, il est souhaitable que la gestion globale de l'air soit réalisée automatiquement en fonction des attentes de l'utilisateur, celui-ci pouvant commander directement les fonctions particulières.Pour ce faire, il est notamment nécessaire que cette gestion de l'air d'un local soit liée aux caractéristiques spécifiques du bâtiment ainsi qu'aux conditions climatiques externes. La présente invention a précisément pour but d'améliorer la gestion de l'air avec un coût global très inférieur à celui obtenu actuellement en raison de la disparité des techniques. Ainsi, la présente invention a notamment pour but de fournir un dispositif de gestion de l'air dans un local apportant un maximum de confort naturel, c'est-à-dire impliquant une intervention minimale de l'utilisateur, tout en individualisant au maximum cette gestion de l'air. La présente invention a aussi pour but de fournir un dispositif de gestion de l'air dans un local qui s'adapte aux conditions d'occupation du local et aux contraintes climatiques externes. La présente invention a encore pour but de fournir un tel dispositif qui améliore la qualité de l'air ainsi que la salubrité des locaux. La présente invention a encore pour but de fournir un tel dispositif pour permettre une économie de consommation énergétique. La présente invention a encore pour but un tel dispositif qui diminue grandement les influences négatives sur l'environnement. La présente invention a donc pour objet un dispositif de gestion de l'air dans un local, caractérisé en ce qu'il comprend - une unité de traitement, - des moyens pour regrouper dans cette unité de traitement les flux aérauliques entrant, sortant et circulant dans un local, - des moyens pour déterminer des paramètres caractéristiques desdits flux entrant, sortant et circulant, - des moyens pour modifier au moins certains desdits paramètres en fonction des besoins de l'utilisateur ou de critères prédéterminés, - des moyens pour redistribuer lesdits flux aérauliques en fonction desdits paramètres modifiés. Lesdits paramètres caractéristiques desdits flux aérauliques entrant sortant et circulant dans un local peuvent comprendre la température, le débit et le taux d'humidité. De manière correspondante, lesdits moyens pour déterminer lesdits paramètres peuvent comprendre des capteurs de température, de débit et d'humidité. De préférence, lesdits moyens pour regrouper les flux aérauliques comprennent un dispositif de ventilation qui aspire dans l'unité de traitement les flux d'air circulant dans les pièces d'un local. Avantageusement, lesdits moyens pour modifier comprennent des moyens pour extraire de l'énergie thermique desdits flux d'air circulant aspirés. Avantageusement, lesdits moyens pour extraire de l'énergie thermique desdits flux d'air circulant aspirés comprennent une pompe à chaleur. De préférence, ladite énergie thermique extraite est délivrée à un dispositif de préchauffage d'eau, en particulier de l'eau chaude sanitaire. Ainsi, on réduit les coûts d'usage en extrayant et en utilisant les calories de l'air rejeté à l'extérieur, ce qui entraîne également une baisse sensible de l'influence néfaste sur l'environnement. Avantageusement, ladite énergie thermique extraite peut aussi être délivrée à un dispositif de chauffage agissant sur les flux d'air entrant, en particulier lorsque le préchauffage de l'eau chaude sanitaire est complété. De préférence, lesdits moyens pour regrouper les flux aérauliques amènent les flux d'air entrant d'abord dans l'unité de traitement, lesdits moyens pour modifier les flux d'air entrant comprenant des moyens de ventilation et/ou de filtration et/ou d'odorisation et/ou d'humidification et/ou de désinfection et/ou de chauffage desdits flux d'air entrant. Ainsi, le dispositif de l'invention permet d'obtenir une meilleure qualité de l'air, une meilleure salubrité des locaux et permet l'augmentation éventuel du taux de ventilation. Avantageusement, lesdits moyens pour redistribuer comprennent des moyens pour diriger le flux d'air sortant vers les flux d'air entrant. En particulier, lesdits moyens pour diriger le flux d'air sortant vers les flux d'air entrant comportent une vanne actionnée lorsque la température desdits flux entrant est située au-dessus d'une valeur prédéterminée. Ainsi, particulièrement en saison chaude, le flux d'air sortant, refroidi par la pompe à chaleur, peut être réinjecté dans le flux d'air entrant pour réaliser un rafraîchissement naturel de la température dans le local. Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, I'unité de traitement comporte: - un caisson d'aspiration dans lequel sont aspirés les flux d'air circulant dans les pièces d'un local, - une pompe à chaleur puisant l'énergie thermique contenue dans lesdits flux d'air aspirés et rejetant un flux d'air refroidi, - un dispositif de chauffage de l'eau, auquel ladite énergie thermique puisée est distribuée pour préchauffer l'eau, - un caisson de traitement dans lequel les flux d'air entrant sont ventilés et/ou filtrés et/ou odorisés et/ou humidifiés et/ou désinfectés et/ou chauffés avant d'entrer dans les locaux. Ainsi, en intégrant la gestion de l'air dans la totalité de ses fonctions en une seule entité regroupant en outre la ventilation, le taux de renouvellement d'air, le chauffage, le préchauffage de l'eau chaude, en particulier l'eau chaude sanitaire, la filtration, et l'humidification de l'air, etc. permet d'obtenir un coût global très inférieur à celui obtenu actuellement. De plus, l'invention peut être avantageusement intégrée dans un système d'isolation dynamique, ce qui apporte naturellement le confort thermique par le jeu d'inertie thermique, c'est-à-dire par une maîuise thermique de l'air entrant, de sorte qu'on obtient un maximum de confort naturel, c'est-à-dire impliquant un minimum d'interventions de l'utilisateur avec un minimum de consommation énergétique.De plus, la présente invention permet d'individualiser le confort et les coûts par rapport aux attentes des utilisateurs individuels ce qui permet une gestion de l'air sélective sans interférences ni influences du voisinage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une forme de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints, sur lesquels - la figure 1 est une vue de face schématique d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue latérale schématique du dispositif de la figure 1, et - la figure 3 est une vue schématique du dispositif des figures 1 et 2, intégré dans un système d'isolation dynamique. En référence aux figures 1 et 2, il est représenté un dispositif de gestion de l'air d'un local selon l'invention. Par local, on entend des locaux d'habitation ou professionnels de tout type, tels que par exemple des logements, des appartements, des maisons ou des bureaux. Avantageusement, le dispositif de l'invention devrait être un produit s'intégrant au lieu de vie. Il devrait donc revêtir un aspect extérieur convivial et pourrait être par exemple réalisé sous la forme d'une armoire. Evidemment, selon le local où le dispositif est destiné à être disposé, il peut avoir un aspect extérieur quelconque, du moment qu'il remplit toutes les fonctions caractéristiques de l'invention. Le dispositif selon l'invention comporte une unité de traitement qui incorpore avantageusement tous les moyens techniques de l'invention de sorte que l'ensemble de la gestion de l'air d'un local est réalisé dans cette unité de traitement. Ainsi, en regroupant l'ensemble de cette gestion de l'air dans une seule unité, comportant des moyens spécifiques permettant de réaliser des fonctions spécifiques, tel que décrit ci-dessous, on coordonne les différentes fonctions du dispositif de gestion, à savoir le chauffage, la ventilation, etc., ce qui permet de diminuer de manière très importante les coûts d'investissement et de fonctionnement du dispositif. Plus particulièrement, I'unité de traitement de l'invention comporte avantageusement les quatre éléments suivants: - Un caisson d'aspiration 5 dans lequel sont aspirés, au moyen d'un dispositif de ventilation, en particulier une ventilation mécanique contrôlée, les flux d'air circulant dans les pièces du local, en particulier l'air vicié pris dans la cuisine, les toilettes, la salle d'eau, etc.. - Des moyens 11 pour extraire et stocker de l'énergie thermique desdits flux d'air circulant aspirés dans ledit caisson d'aspiration, en particulier une pompe à chaleur 11 qui puise les calories contenues dans l'air aspiré par la ventilation 5, ladite pompe à chaleur ll rejetant de l'air refroidi. - Un dispositif de chauffage d'eau 19, en particulier un chauffe-eau à accumulation pour l'eau chaude sanitaire, dont l'eau est prioritairement préchauffée par lesdites calories puisées par ladite pompe à chaleur 11 dans l'air aspiré par la ventilation 5. - Un caisson d'entrée 25 dans lequel circulent et sont traités le ou les flux d'air entrant, avant d'entrer dans les locaux. De préférence, I'unité de traitement compone en outre un caisson de commande 14 au moyen duquel l'utilisateur pourra influer sur le fonctionnement du dispositif. Le fonctionnement de ces différents éléments ainsi que d'autres éléments annexes, qui peuvent être prévus par le dispositif de l'invention, vont être expliqués ci-dessous. Cette description du fonctionnement du dispositif de l'invention sera réalisée par rapport à un fonctionnement appelé "fonctionnement hiver", c'est-à-dire lorsque la température extérieure est inférieure à la température intérieure du local, et un fonctionnement dit "fonctionnement été", dans lequel la température extérieure est supérieure à la température intérieure. En fonctionnement hiver, l'air neuf, c'est-à-dire le flux d'air entrant, est introduit dans la partie supérieure de l'unité de traitement. En référence à la figure 1, le flux d'air entrant est introduit dans l'unité de traitement par une goulotte de raccordement 2 ménagée dans la dalle d'étage 1 formant le plafond. Ceci est caractéristique du mode de réalisation représenté également sur la figure 3, où le dispositif de l'invention est intégré dans un système d'isolation dynamique, c'est-à-dire où l'air circule dans les parois et entre les étages avant de pénétrer dans les différents pièces. Ce système sera décrit plus en détail en référence à la figure 3.Bien entendu, le dispositif de l'invention peut également être mis en oeuvre de manière totalement indépendante, dans ce cas l'entrée du flux d'air entrant sera réalisé à travers une vanne adaptée, par exemple la vanne 3 représentée sur la figure 2. Le flux d'air entrant est donc amené d'abord dans l'unité de traitement, en l'occurrence dans un caisson aéraulique 6 disposé au voisinage de ladite entrée 2 ou 3 mentionnée ci-dessus, puis le flux d'air entrant s'écoule dans un caisson d'entrée 25 à travers un filtre 9. Le caisson d'entrée 25 comporte avantageusement un caisson de traitement 16 dans lequel le flux d'air entrant peut être traité sur le plan de l'odorisation, de l'humidification, voire de la désinfection ou d'autres fonctions souhaitées.Simultanément, le flux d'air entrant, lorsqu'il est dans le caisson 25, peut être chauffé au moyen d'un jeu de de résistance 20 disposé dans le fond dudit caisson 25. Ce chauffage peut fournir la totalité ou seulement une partie du chauffage des locaux. Selon la température souhaitée pour le flux d'air entrant lorsque celui-ci entre dans le local, un ventilateur de brassage 28 est prévu dans le caisson d'entrée 25 de sorte que ledit flux d'air pourra être brassé ou son débit être augmenté au moment où celui-ci pénètre dans le local. En référence aux figures 1, 2 et 3, le flux d'air entrant, après avoir été traité dans le caisson d'entrée 25 et dans le caisson de traitement 16, s'écoule à travers des goulottes de raccordement 24 situées dans le fond de l'unité de traitement, à nouveau à travers une isolation dynamique située dans le plancher 26 avant d'entrer dans le local. Bien entendu, lorsque le dispositif est réalisé de manière indépendante, l'entrée d'air se fera directement dans le local à partir de l'extrémité inférieure de l'unité de traitement. Parallèlement au traitement du flux d'air entrant mentionné ci-dessus, la ventilation mécanique contrôlée 5 extrait les flux circulant dans le local, en particulier l'air vicié issu des cuisines, de la salle de bains ou des toilettes, et les amène dans un caisson correspondant. Lesdits flux d'air aspirés sont ensuite traités par une pompe à chaleur 11. Ainsi, ledit flux d'air circulant aspiré passe sur l'évaporateur 15 de la pompe à chaleur où il cède, par compression 12, son énergie thermique ou ses calories, qui sont transmises ensuite soit à un dispositif de chauffage de l'eau, soit à un dispositif de chauffage de l'air, en fonction des besoins de l'utilisateur. De préférence, ladite énergie thermique est transmise prioritairement à l'eau chaude sanitaire par le condenseur 18 situé dans le fond du dispositif de chauffe-eau 19. Après ce traitement, le flux d'air est rejeté à l'extérieur à une température relativement faible d'environ 50C. En hiver, le dispositif de l'invention permet donc d'éviter de rejeter vers l'extérieur un flux d'air à température élevée, ce qui représente une perte d'énergie considérable, ainsi qu'une nuisance pour l'environnement. Comme mentionné ci-dessus, la chaleur recueillie par la pompe à chaleur depuis le flux d'air circulant aspiré, est prioritairement orientée vers le dispositif de chauffage d'eau 19 au moyen d'une électrovanne 10. Lorsque l'eau chaude a atteint sa température d'utilisation normale, ladite vanne 10 oriente la chaleur recueillie vers un échangeur 8 qui permet de préchauffer l'air entrant. Ainsi, le dispositif de l'invention permet de réutiliser la chaleur du flux sortant pour chauffer prioritairement l'eau, mais même le flux d'air entrant, ce qui représente une économie de coût de fonctionnement importante. De préférence, lorsque les besoins de chauffage d'eau se font à nouveau sentir, la vanne 10 favorise à nouveau cette fonction.On évite ainsi en particulier de rejeter inutilement à l'extérieur une quantité non négligeable d'énergie thermique. Cette priorité du préchauffage de l'eau chaude sur le préchauffage de l'air par électrovanne 10 sera de préférence une fonction automatisée du dispositif. De même, on peut prévoir une suppression automatique dudit préchauffage de l'air lorsque la température dans le local dépasse une certaine valeur prédéterminée, par exemple 200C. En fonctionnement été, la différence principale du dispositif de l'invention consiste essentiellement en la suppression des apports thermiques en provenance de la pompe à chaleur 11 ou des résistances de chauffage 20. Par contre, à partir d'une certaine température intérieure prédéterminée, par exemple 240C, l'air frais sortant de la pompe à chaleur peut être réintroduit dans le circuit d'air entrant grâce une vanne motorisé 7. Cette valeur de température prédéterminée est avantageusement réglable par l'utilisateur, et le dispositif, en l'occurrence l'unité de traitement, devrait comporter dans son caisson de commande 14, la possibilité de réaliser cette fonction de rafraîchissement même en dessous de la valeur prédéterminée.En outre, lorsque la température extérieure est élevée, les fonctions suivantes peuvent également être obtenues par le dispositif de l'invention: - Une surventilation des locaux en puisant de l'air extérieur dans les surfaces orientées nord. Ceci est réalisé au moyen d'une vanne 4 permettant l'ouverture d'un flux d'air complémentaire provenant de la façade nord et alimenté vers le flux d'air entrant, comme décrit ci-dessus. De préférence, cette fonction d'ouverture de flux d'air complémentaire, ainsi qu'une éventuelle fermeture de l'entrée d'air habituelle, pourra être automatisée et sera dépendante d'une température intérieure prédéterminée, par exemple 240C. De la même manière qu'avant, il sera avantageux de prévoir dans le caisson de commande la possibilité de déroger manuellement à cette fonction automatique. - Un accroissement des performances de la pompe à chaleur afin d'atteindre un niveau supérieur de rafraîchissement, voire de climatisation des locaux. Avantageusement comme représenté sur la figure 3, le dispositif de gestion d'air d'un local selon l'invention peut être intégré dans une isolation dynamique. Dans un tel système, le flux d'air entrant, avant de pénétrer dans l'unité de traitement puis dans le local, circule dans les différentes parois du bâtiment comme représenté par les différentes flèches sur la figure 3. Pendant cette circulation dans les parois, le flux d'air vient en contact de différents matériaux 50, tel que des matériaux d'isolation ou des matériaux pariéto-dynamiques, permettant notamment de stocker la nuit une certaine fraîcheur et de la redistribuer ensuite le jour. L'intégration du dispositif de l'invention dans un tel système d'isolation dynamique permet donc d'obtenir des résultats particulièrement satisfaisants pour la gestion individuel du local.Ainsi, le fonctionnement été du dispositif de l'invention peut dans ce cas s'effectuer par exemple uniquement entre midi et 20 heures de façon à bénéficier du rendu dans les locaux de la fraîcheur de la nuit emmagasinée dans les masses du mur et du plancher. De plus, lors de forts ensoleillements des façades, une partie de l'air des locaux pourra être refoulé vers la façade. Le dispositif de l'invention a été décrit ci-dessus en référence à un mode de réalisation particulier incorporant certains moyens spécifiques pour le fonctionnement de l'unité de traitement. Il est entendu que tous moyens équivalents réalisant les mêmes fonctions pourront être utilisés, notamment en ce qui concerne les dispositifs de chauffage, les dispositifs de ventilation, les vannes, la répartition des différents caissons de l'unité de traitement, etc.. La caractéristique principale du dispositif de l'invention est de regrouper dans une seule entité toutes les fonctions de gestion de l'air dans un local, permettant simultanément d'augmenter la qualité de l'air, de réaliser des économies d'énergie, d'assurer le préchauffage et/ou de l'air, et d'apporter à l'utilisateur individuel un confort d'utilisation très élevé. Revendications 1.- Dispositif de gestion de l'air dans des locaux, caractérisé en ce qu'il comprend - une unité de traitement, - des moyens (2, 3 ; 5) pour regrouper dans cette unité de traitement les flux aérauliques entrant, sortant et circulant d'un local, - des moyens pour déterminer des paramètres caractéristiques desdits flux entrant, sortant et circulant, - des moyens (11, 4, 28, 9, 8) pour modifier au moins certains desdits paramètres en fonction des besoins de l'utilisateur ou de critères prédéterminés, - des moyens (7) pour redistribuer lesdits flux aérauliques en fonction desdits paramètres modifiés. 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits paramètres caractéristiques desdits flux aérauliques entrant, sortant et circulant d'un local comprennent la température, le débit et le taux d'humidité, et lesdits moyens pour déterminer lesdits paramètres comprennent des capteurs de température, de débit et d'humidité. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel lesdits moyens pour regrouper les flux aérauliques comprennent un dispositif de ventilation (5) qui aspire dans l'unité de traitement les flux d'air circulant dans les pièces d'un local. 4.- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens pour modifier comprennent des moyens (11) pour extraire de l'énergie thermique desdits flux d'air circulant aspirés. 5.- Dispositif selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens pour extraire l'énergie thermique desdits flux d'air circulant aspirés comprennent une pompe à chaleur (11). 6.- Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel ladite énergie thermique extraite est délivrée à un dispositif de préchauffage d'eau (19). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel ladite énergie thermique extraite est délivrée à un dispositif de chauffage (8) agissant sur les flux d'air entrant. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens pour regrouper les flux aérauliques comprennent des moyens (2) qui amènent les flux d'air entrant d'abord dans l'unité de traitement, lesdits moyens pour modifier les flux d'air entrant comprenant des moyens de ventilation (4, 28) et/ou de filtration (9) et/ou de chauffage (X) desdits flux d'air entrant. 9.- Dispositif selon la revendication 8, dans lequel lesdits dispositifs de filtration (9) comprennent des moyens d'odorîsation et/ou d'humidification et/ou de désinfection des flux d'air entrant. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens pour redistribuer comprennent des moyens (7) pour diriger le flux d'air sortant vers les flux d'air entrant. 11.- Dispositif selon la revendication 10, dans lequel lesdits moyens pour diriger le flux d'air sortant vers les flux d'air entrant comportent une vanne (7) actionnée lorsque la température desdits flux entrant est située au-dessus d'une valeur prédéterminée. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de traitement comporte - un caisson d'aspiration (5) dans lequel sont aspirés les flux d'air circulant dans les pièces d'un local, - une pompe à chaleur (Il) puisant l'énergie thermique contenue dans lesdits flux d'air aspirés et rejetant un flux d'air refroidi, - un dispositif de chauffage de l'eau (19), auquel ladite énergie thermique puisée est distribuée pour préchauffer l'eau, - un caisson d'entrée (25) dans lequel les flux d'air entrant sont ventilés et/ou filtrés et/ou odorisés et/ou humidifiés et/ou désinfectés et/ou chauffés avant d'entrer dans les locaux.