Brevet FR2811066A1 — publié le 20020104

-1- PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CLIMATISATION D'UNE PIÈCE D'UN BATIMENT. La présente invention concerne un procédé de climatisation d'une pièce ou d'un bâtiment. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à l'abaissement ou à l'élévation de la température ambiante d'une pièce. A l'heure actuelle, on connaît plusieurs solutions pour climatiser une pièce. Une solution consiste à disposer directement dans la pièce un appareil de climatisation qui souffle de l'air froid ou produit de l'air chaud directement dans la pièce. Cette solution présente l'inconvénient de ne pas permettre une répartition homogène de la température dans la pièce, ce qui entraîne une gêne pour les personnes présentes dans la pièce, et nécessite de prévoir un moyen d'évacuation de l'air chaud produit par l'appareil lorsqu'il refroidit l'air. En outre, lorsque plusieurs pièces d'un même bâtiment doivent être climatisées, cette solution nécessite d'installer un appareil par pièce. On peut supprimer ce dernier inconvénient en prévoyant un appareil unique envoyant de l'air à la température souhaitée dans un réseau de canalisations débouchant dans chaque pièce à climatiser. Il en résulte que cette solution n'offre pas non plus une répartition homogène de la température qui est bien évidemment plus basse au voisinage des bouches d'introduction de l'air refroidi. On connaît par ailleurs, le principe des plafonds rayonnants chauds et froids, qui consiste à augmenter ou diminuer la température du plafond de la pièce selon que l'on souhaite augmenter ou au contraire diminuer la température de la pièce. Si le plafond est plus chaud que la pièce, celleci recevra de la chaleur par émission, et si au contraire, le plafond est plus froid que la pièce, celle-ci perdra de la chaleur par absorption. Pour modifier la température du plafond de la pièce, on peut faire circuler de l'eau dans des canalisations noyées dans le plafond ou disposées haut dessus d'un faux plafond. Toutefois, pour renouveler l'air dans la pièce, il est nécessaire de faire rentrer de l'air extérieur qui est plus chaud ou plus froid, ce qui diminue l'efficacité de la climatisation et empêche une répartition homogène de la température dans la pièce. -2- La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, elle propose un procédé de climatisation d'une pièce d'un bâtiment, équipée d'un faux plafond. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que, pour refroidir l'air de la pièce, il comprend les étapes suivantes: - l'injection dans le volume de faux plafond délimité par le plafond et le faux plafond de la pièce, d'air à une température inférieure à celle de l'air de la pièce, la circulation de l'air injecté, dans le volume de faux plafond, de manière à ce que sa temperature se rapproche de celle de l'air de la pièce, tandis que le faux plafond se refroidit, - l'introduction dans la pièce de l'air ayant circulé dans le volume de faux plafond, celui-ci ayant une température sensiblement égale ou légèrement inférieure à celle de l'air de la pièce, et - l'extraction de l'air de la pièce à distance de la zone d'introduction d'air. Grâce à ces dispositions, la température d'une pièce est abaissée à la fois par abaissement de la température du faux plafond et par injection dans la pièce d'air à une température légèrement inférieure à celle de la pièce. Comme l'échange de chaleur se fait au niveau du faux plafond, il est effectué à distance des personnes se trouvant dans la pièce, ce qui évite toute gêne de celles-ci. On évite également les problèmes de condensation, car l'air injecté dans le volume de faux plafond est préalablement refroidi et se réchauffe en circulant dans le volume de faux plafond. L'air injecté dans le volume de faux plafond peut être préalablement refroidi, si l'air extérieur présente une température trop élevée par rapport à la température souhaitée dans la pièce. Pour réchauffer l'air de la pièce, le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes: - l'injection dans le volume de faux plafond d'air à une température inférieure à 3 - celle de l'air de la pièce, - la circulation de l'air injecté, dans le volume de faux plafond, de manière à ce que sa temperature se rapproche de celle de l'air de la pièce, grâce à l'énergie s'échappant de la pièce par le faux plafond, - le chauffage de l'air circulant dans le volume de faux plafond, - l'introduction dans la pièce de l'air chauffé, ayant circulé dans le volume de faux plafond, celui-ci ayant une température sensiblement égale ou légèrement supérieure à celle de l'air de la pièce, et - l'extraction de l'air de la pièce à distance de la zone d'introduction d'air. Le chauffage de l'air dans le volume de faux plafond peut être effectué au moyen de dalles de chauffage électrique, de relativement faible puissance, disposées sur le faux plafond. La température de la pièce est avantageusement commandée en réglant le débit d'air introduit dans le volume de faux plafond. Le procédé selon l'invention permet ainsi de commander la température d'une pièce tout en conservant une répartition sensiblement homogène dans la pièce. Selon une particularité de l'invention, l'air injecté dans le volume de faux plafond puis dans la pièce provient de l'extérieur du bâtiment. De cette manière, le procédé selon l'invention permet également de renouveler l'air d'une pièce, et ce sans faire appel à une ouverture directe de la pièce sur l'extérieur, par exemple par une fenêtre. On évite ainsi les problèmes de bruit venant de l'extérieur du bâtiment. Selon une autre particularité de l'invention, après avoir circulé dans le volume de faux plafond, l'air est introduit dans la pièce tangentiellement au faux plafond. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Un mode de réalisation du dispositif selon l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels -4- La figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention installé dans un bâtiment montré partiellement en coupe; La figure 2 montre en détail l'entrée d'introduction d'air climatisé dans une pièce d'un bâtiment; La figure 3 montre en détail une plaque de faux plafond, équipée d'un dispositif de chauffage; Les figures 4 et 5 montrent sous la forme de courbes, la répartition des températures dans une pièce climatisée grâce au procédé selon l'invention. La figure I représente une pièce d'un bâtiment équipé du dispositif selon l'invention, cette pièce étant délimitée par des dalles inférieure et supérieure la, lb, et d'un côté par un mur de façade 2 et une fenêtre 3, et de l'autre par une cloison 7. Les faces intérieures de la dalle supérieure et du mur de façade sont avantageusement recouvertes de couches 2a, 4a thermiquement isolantes. La couche 4a recouvrant le plafond est par exemple constituée de laine minérale. Le plafond de la pièce est en outre équipé d'un faux plafond constitué de dalles 4 fixées à distance du plafond par exemple par des entretoises 5, le volume de faux plafond délimité par la dalle supérieure lb et les dalles de faux plafond 4 communiquant avec le volume de la pièce situé en dessous par une fente 31 le long de la face intérieure du mur de façade 2, au-dessus de la fenêtre 3. Selon l'invention, de l'air frais provenant de l'extérieur du bâtiment, est injecté dans le volume de faux plafond par une ou plusieurs canalisations 10 débouchant dans ce volume par le côté opposé à la fente 31, de sorte que l'air injecté circule le long de toutes les dalles 4 entre les canalisations 10 et la fente 31. Cet air frais provient d'une installation centrale 17 d'échange d'air avec l'extérieur, reliée aux canalisations 10 par l'intermédiaire d'une canalisation principale 14 et d'un circuit d'air frais 12. Parallèlement, l'air de la pièce est aspiré vers l'extérieur par une bouche 9 située sur la cloison 7 à l'opposé du mur de façade 2, cette bouche étant reliée à -5 - l'installation centrale 17 par l'intermédiaire d'une canalisation secondaire 11, d'un circuit d'extraction d'air 13 et d'une canalisation principale 15. Le dispositif 17 comprend des moyens tels que des ventilateurs pour assurer la circulation de l'air dans les circuits 12, 13 et dans les pièces du bâtiment. Il comprend également des moyens d'échange thermique de manière à réchauffer ou refroidir l'air entrant avec l'air sortant. On peut avantageusement prévoir de disposer un registre à débit variable à l'entrée 10 d'air frais de chaque pièce, de manière à pouvoir commander le débit d'air introduit dans le volume de faux plafond en fonction l'écart entre une température de consigne réglée par un thermostat 8 et la température de l'air ambiant dans la pièce mesurée par une sonde associée au thermostat. Le thermostat 8 et sa sonde sont de préférence disposés dans la pièce du côté de la cloison 7. Pour refroidir l'air aspiré à l'extérieur du bâtiment, on peut prévoir un dispositif de réfrigération 16 disposé sur la canalisation principale 14. La figure 2 montre en détail la fente 31 d'introduction d'air frais dans la pièce, entre le bord des dalles 4 de faux plafond et la face intérieure du mur de façade 2. Sur cette figure, la fente 31 est masquée par une languette 6 fixée horizontalement sur la face intérieure du mur de façade 2, à faible distance e en dessous des dalles 4, de manière à ce l'air qui entre dans la pièce par la fente 31 suive une trajectoire sensiblement horizontale le long du faux plafond. Avantageusement, l'air qui entre ainsi dans la pièce présente une vitesse de l'ordre de 2 m/s. La fente s'étend avantageusement sur toute la largeur de la pièce, ce qui permet d'obtenir un important taux de renouvellement de l'air dans la pièce, de l'ordre de quatre renouvellements d'air complets par heure, même avec une faible vitesse d'introduction de celui-ci, et pour une hauteur sous plafond standard (de l'ordre de 3 m). La figure 3 montre en détail une dalle 4 de faux plafond, fixée à la dalle lb. Au- dessus de la face supérieure de la dalle 4, est fixée une plaque chauffante électrique 19 de faible puissance (par exemple 70 W) conçue pour rayonner de la chaleur, la surface inférieure de la couche isolante 4a étant avantageusement revêtue d'une feuille d'aluminium rejointoyée pour renvoyer la chaleur émise par la plaque 19. L'alimentation électrique de la plaque 19 peut être commandée par -6 le thermostat 8 pour contrôler la température de chauffage. En disposant des plaques chauffantes sur tout ou partie des dalles 4, on peut ainsi chauffer l'air frais venant de l'extérieur avant qu'il ne rentre dans la pièce. On peut prévoir de ne disposer des plaques chauffantes 19 qu'au niveau d'une partie de circulation de l'air dans le volume de faux plafond, située du coté de la fente 31, l'air dans le faux plafond étant préalablement chauffé au contact des plaques 4 de faux plafond, qui sont chauffées par l'énergie s'échappant de la pièce au travers du faux plafond. Le dispositif décrit est ainsi conçu pour maintenir une température constante dans un bâtiment quelque soit la température extérieure, tout en assurant le renouvellement de l'air dans le bâtiment. Lorsque la température extérieure est très supérieure à la température de consigne affichée sur le thermostat 8, l'air extérieur est fortement refroidi au niveau de la conduite principale 14 d'aspiration d'air extérieur par le dispositif 16, avant d'être injecté dans le volume de faux plafond de la pièce. En passant lentement le long des dalles 4 de faux plafond, l'air froid se réchauffe, tout en refroidissant les dalles 4. Il en résulte que l'air de la pièce au voisinage des dalles 4 se refroidit également. L'air arrive ensuite au niveau de la fente 31 à une température sensiblement égale ou légèrement inférieure à celle de la pièce. La figure 4 illustre sous la forme de courbes 21 à 25, la répartition de la température dans la pièce, la température étant donnée en ordonnée en fonction de la position du point de mesure dans la pièce, donnée en abscisse, en allant de la fenêtre 3 (à gauche sur la figure) à la cloison 7 (à droite). Sur cette figure, la courbe 21 qui correspond à la répartition de la température dans le volume de faux plafond, montre que l'air pénètre dans le volume de faux plafond à une température aux environs de 10 C et s'échauffe progressivement jusqu'à atteindre une température voisine de 20 C au voisinage de la fente 31. La courbe 22 donne la répartition de la température des dalles 4, qui passe d'environ 14 C à environ 20 C au niveau de la fente 31. Les courbes 23 à 25 donnent la répartition de la température respectivement à la hauteur du plafond, à mi- hauteur et à la hauteur du plancher de la pièce. Ces courbes font apparaître que l'air qui entre dans la pièce est sensiblement à la température de la pièce, et que la température dans la pièce est sensiblement répartie d'une manière uniforme entre et 23 C. -7- Lorsque la température extérieure est voisine de la température de la pièce, le dispositif selon l'invention permet de ventiler et renouveler l'air de la pièce. Dans ce mode de fonctionnement, l'air à extérieur du bâtiment est introduit dans le volume de faux plafond sans subir de refroidissement. En traversant ce volume, sa température tend à se rapprocher de celle de la pièce, et lorsqu'il arrive au niveau de la fente 3 1, sa température est sensiblement à celle de l'air de la pièce, ou légèrement différente s'il y a un écart entre la température de consigne et la température de la pièce mesurée par la sonde. Lorsque la température extérieure est très inférieure à celle de la pièce, les plaques 19 chauffantes sont sous tension électrique et chauffent progressivement l'air froid extérieur qui passe dans le volume de faux plafond, de manière à ce qu'il atteigne au niveau de la fente 31 une température sensiblement identique ou légèrement différente de celle de la pièce, en fonction de l'écart entre la température de consigne et la température de la pièce. La figure 5 montre sous la forme de courbes 26 à 30, la répartition de la température dans la pièce, lorsque l'air extérieur est froid, et que les plaques chauffantes 19 réchauffent l'air traversant le volume de faux plafond. Sur cette figure, la courbe 26 qui représente la répartition de la température dans le volume de faux plafond, montre que l'air pénètre dans le faux plafond à basse température. par exemple voisine de 10 C, pour atteindre une température de l'ordre de 24 C au niveau de la fente 31. La courbe 27 donne la répartition de la température des dalles 4 qui varie entre 14 C au niveau de la bouche 10 et 24 C au niveau de la fente 31. Les courbes 28 à 30 donnent la répartition de la température respectivement à la hauteur du plafond, à mi-hauteur et au niveau du plancher de la pièce. Ces courbes font encore apparaître que l'air qui entre dans la pièce est sensiblement à la température de la pièce, et que la température dans la pièce est sensiblement répartie d'une manière uniforme entre 20 et 23 C. 8 - REVENDICATIONS 1. Procédé de climatisation d'une pièce d'un bâtiment, équipée d'un faux plafond, caractérisé en ce que, pour refroidir l'air de la pièce, il comprend les étapes suivantes: - l'injection dans le volume de faux plafond délimité par le plafond (lb) et le faux plafond (4) de la pièce, d'air à une température inférieure à celle de l'air de la pièce, - la circulation de l'air injecté, dans le volume de faux plafond, de manière à ce que sa température se rapproche de celle de l'air de la pièce, tandis que le faux plafond se refroidit, - l'introduction dans la pièce de l'air ayant circulé dans le volume de faux plafond, celui-ci ayant une température sensiblement égale ou légèrement inférieure à celle de l'air de la pièce. et - l'extraction de l'air de la pièce à distance de la zone d'introduction d'air. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air injecté dans le volume de faux plafond est préalablement refroidi, si l'air extérieur présente une température trop élevée par rapport à la température souhaitée dans la pièce. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour réchauffer l'air de la pièce, il comprend les étapes suivantes: l'injection dans le volume de faux plafond d'air à une température inférieure à celle de l'air de la pièce, - la circulation de l'air injecté, dans le volume de faux plafond, de manière à ce que sa température se rapproche de celle de l'air de la pièce, grâce à l'énergie s'échappant de la pièce par le faux plafond, - le chauffage de l'air circulant dans le volume de faux plafond, - l'introduction dans la pièce de l'air chauffé, ayant circulé dans le volume de faux plafond, celui-ci ayant une température sensiblement égale ou légèrement supérieure à celle de l'air de la pièce, et - l'extraction de l'air de la pièce à distance de la zone d'introduction d'air. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'air dans le volume de faux plafond est chauffé au moyen -9- de plaques (19) de chauffage électrique, de relativement faible puissance, disposées sur le faux plafond (4). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température de la pièce est avantageusement commandée en réglant le débit d'air introduit dans le volume de faux plafond. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'air injecté dans le volume de faux plafond puis dans la pièce provient de l'extérieur du bâtiment. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après avoir circulé dans le volume de faux plafond, l'air est introduit dans la pièce tangentiellement au faux plafond (4). 8. Dispositif pour la mise en ceuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: - un faux plafond (4) délimitant un volume au niveau du plafond de la pièce à climatiser, et permettant des échanges thermiques entre le volume de faux plafond et le volume de la pièce, - une ouverture (10) d'injection d'air dans le volume de faux plafond, - une ouverture d'extraction (9) d'air de la pièce, - une ouverture (31) entre le volume de faux plafond et le volume de la pièce, située à distance de l'ouverture d'extraction (9), - un dispositif (17) d'aspiration d'air frais relié à l'ouverture d'injection (10) d'air dans le faux plafond, et - un dispositif (17) d'aspiration de l'air dans la pièce relié à l'ouverture d'extraction (9). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16) de refroidissement d'air disposé entre le dispositif (17) d'aspiration d'air frais et l'ouverture d'injection (10). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'ouverture (31) est constituée par une fente délimitée par un bord du faux plafond (4) et la face intérieure d'un mur (2) du bâtiment. - 10 - 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce la fente (31) est masquée par une languette (6) fixée horizontalement sur la face intérieure du mur (2) en regard de la fente (31), de manière à ce que flux d'air entrant dans la pièce soit sensiblement horizontal. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (17) d'échange thermique entre l'air frais introduit dans la pièce et l'air extrait de la pièce. 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le faux plafond est équipé de plaques chauffantes (19) de faible puissance, disposées au dessus de la face supérieure du faux plafond. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les plaques chauffantes (19) sont disposées au voisinage de la fente (31).