Brevet FR2839144A1 — publié le 20031031

thermostat, indépendamment des autres pièces du bâtiment. La présente invention se rapporte, d'une part, à un procédé de pilotage du débit de ventilation d'un local dont le besoin en renouvellement d'air est variable, et d'autre part, à un dispositif mettant en _uvre ce procédé. s La ventilation des locaux est de plus en plus asservie aux besoins des occupants par des moyens automatiques de détection qui, tout d'abord, transcrivent les informations relevées à l'aide de capteurs, puis agissent directement ou indirectement sur des moyens d'ouverture plus ou moins grande d'une vanne ou encore sur la vitesse d'un moto ventilateur. Ainsi, il est déjà connu d'utiliser des bouches à deux débits prédéterminés couplées à des moyens de détecti on fonctionnant de man ière automati que. Ceci est notamment utilisé dans des lieux publics o l'activation ainsi que l'arrêt de la ventilation sont régulés au moyen de cellules photoélectriques pouvant détecter l'arrivée et le départ de personnes. De même, il est déjà connu de modifier des débits manuellement pour augmenter ou diminuer le niveau de renouvellement d'air en fonction d'une activité particulière, par exemple dans une cuisine ou encore dans des toilettes. o 11 est aussi connu d'utiliser des vannes proportionnelles qui permettent d'obtenir une modulation du débit fine en modifiant leur position selon des informations issues d'un ou de plusieurs capteurs aptes à mesurer, par exemple, le nombre de personnes présentes, le taux de dioxyde de carbone, I'hygrométrie ou encore la température. De même, on sait piloter un moto ventilateur pour lui imposer des vitesses continûment variables en fonction des informations issues de ce type de capteurs. o 11 est bien évidemment plus avantageux de disposer de dispositifs de ce type pour optimiser le coût de renouvellement d'air dans les locaux dont le besoin de ventilation est variable ainsi que pour allonger la durée de vie des filtres. La difficulté de mise en _uvre et le coût élevé de ces dispositifs de ventilation à variation fine découlent de la nécessité de connaître à tout moment la position des organes de commande. En effet, il faut disposer d'un capteur de recopie de position du volet de réglage, du type codeur, s potentiomètre ou capteur infra rouge par exemple dans le cas d'un vanne, ou d'un capteur de lecture de la vitesse de rotation, du type codeur ou capteur à effet Hal l par exe mp le dans le cas d' un moto venti lateur. Or, ces différents éléments sont relativement onéreux et eux-mêmes sources de pannes complémentaires. Par ailleurs, la modification du débit sur une plage assez large peut poser des problèmes sérieux de confort dans le cas de débits insufflés, quand la portée de jet devient insuffisante, ce qui est le cas lorsque le débit est faible en comparaison avec le débit maximal possible. De plus, le réchauffage des débits fortement variables est lui aussi une source de difficulté et de coût puisqu'il nécessite de disposer d'un moyen de régulation proportionnelle en fonction de ces débits. Le procédé selon l'invention a pour but de répondre aux problèmes évoqués précédemment et consiste à cet effet, dans un procédé de pilotage du débit de ventilation d'un local dont le besoin en renouvellement d'air est variable, par un dispositif comportant au moins un moyen de détection du besoin de ventilation, un moyen de réglage du débit de ventilation et un moyen de mesure du temps, caractérisé en ce qu'il consiste, au cours d'un cycle de temps, à régler le débit de ventilation en fonction des informations issues du moyen de détection, en réalisant une alternance temporelle d'au moins deux débits prédéterminés de ventilation. o 11 s'agit en fait de créer un cycle ouverture/fermeture adapté aux informations relevées permettant de définir un débit moyen pendant une période donnée de façon à maintenir le taux de polluant à un niveau acceptable lors de l'utilisation du local. Tous les débits étant possibles à atteindre entre le débit minimal et le débit maximal par simple alternance au cours du temps de ces régimes, il en découle que les moyens de mesure à mettre en _uvre sont peu onéreux. En effet, il n'est ici nul besoin d'utiliser des moyens de recopie de position ou des moyens de lecture de vitesse qui viennent augmenter le coût des solutions classiques citées précédemment. Préférentiellement, et afin d'exploiter au maximum les caractéristiques de simplicité du procédé, I'alternance temporelle est réalisée par l'intermédiaire o d'un cycle à deux niveaux de débit de ventilation, respectivement minimal et maximal, dont le rapport cyclique est calculé à partir du besoin de ventilation et détermine le niveau moyen de ventilation pendant le cycle. Selon une première variante, le cycle est de durée constante et de rapport cyclique variable, adapté au besoin de ventilation mesuré par les moyens de détection appropriés. Préférentiellement, la durée totale du cycle est comprise entre 3 et 30 minutes. Selon une autre variante, le cycle est de durée variable et de rapport o cyclique variable, tous deux adaptés au besoin de ventilation mesuré par les moyens de détection appropriés. Avantageusement, la durée du cycle est une fonction décroissante du besoin de ventilation. Avantageusement encore, ce procédé dispose d'une fonction de réqulation du débit en fonction de la pression disponible à au moins une allure de niveau de réglage. La présente invention se rapporte également à un dispositif de pilotage du débit de ventilation d'un local comportant au moins un moyen de détection du besoin de ventilation, un moyen de réglage du débit de ventilation et un moyen de mesure du temps, caractérisé en ce que, au cours d'un cycle de temps et en fonction des informations issues de chaque moyen de détection, le moyen de réglage du débit de ventilation est apte à délivrer au moins deux débits prédéterminés de ventilation en alternance temporelle. Selon un premier mode de réalisation, le moyen de réglage commande une vanne présentant au moins deux positions, et de préférence deux. Selon un second mode de réalisation, le moyen de réglage commande un moto ventilateur pouvant fonctionner selon au moins deux allures, et de préférence deux. Préférentiellement, chaque moyen de détection est apte à relever de façon manuelle ou automatique au moins un paramètre mesurable représentatif du besoin de ventilation dans le local. Chaque paramètre mesurable peut être choisi dans le groupe des paramètres mesurables formé par exemple par le nombre de personnes, le degré d'hygrométrie, la teneur en dioxyde de carbone ou la température au sein du local. Un avantage important de la présente invention, lorsque l'on utilise un système d'insufflation, réside dans le fait que la durée de vie des filtres o em pl oyés est al longée puisque cette derni ère est di rectem ent proportion nel l e au nombre de m3 d'air passés sur ces filtres. En effet, au cours du cycle, dans le cas o l'on utilise préférentiellement uniquement deux régimes de débit, I'alternance entre le débit minimal et le débit maximal permet de limiter le nombre de m3 traversant les filtres, ce qui est en revanche impossible lors d'une ventilation maximale continue comme décrit précédemment. De façon classique, il est à noter que dans le cadre d'une ventilation par insufflation, une difficulté réside dans le fait d'arriver à donner à l'air insufflé une vitesse suffisante à la sortie des grilles de façon à éviter qu'il ne se concentre en une zone au sol dès sa sortie des grilles, ce qui peut être désagréable pour les o occupants du local. Un avantage supplémentaire de la présente invention consiste dans le fait qu'il est possible de s'affranchir de cette difficulté en alternant au cours du cycle en un débit maximal procurant une vitesse suffisante et un débit minimal égal, dans ce cas là, à zéro. L' invention sera mieux comprise à l'aide de la description détail lée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel: - Les figures 1 à 3 sont des diagrammes récapitulant l'évolution, selon le procédé de pilotage objet de l'invention, de la teneur en polluant en fonction du temps au sein d'un local. - La figure 4 est un diagramme comparatif récapitulant l'évolution, selon trois procédés de pilotage de ventilation dont celui objet de l'invention, de la teneur en dioxyde de carbone (utilisé comme polluant marqueur) en fonction du temps au sein d'un local. - La figure 5 est un autre diagramme comparatif récapitulant l'évolution, selon les trois mêmes procédés de pilotage de ventilation, de la teneur en dioxyde de carbone (utilisé comme polluant marqueur) en fonction du temps au sein d'un local. - La figure 6 est un schéma de fonctionnement d'un dispositif selon la présente invention. Les figures 1 à 3 sont des diagrammes représentant l'évolution, selon le procédé objet de l'invention, de la teneur en polluant en fonction du temps au sein d'un local. Nous raisonnerons ici sur une vanne possédant un volet à deux positions, respectivement minimum et maximum. Mais il va de soi que la totalité du raisonnement peut s'appliquer à des débits différents, à un nombre supérieurs de positions ou encore à un moto ventilateur à plusieurs allures. Dans chacune des figures 1 à 3, on constate que, lorsque le volet est en position minimum, le débit qui passe dans le local durant une période t1 est noté q1. Lorsque le volet est en position maximum, le débit qui passe dans le local durant une période t2 est noté q2. La moyenne Q du débit pendant le temps T. qui correspond à (t1 + t2), est donc égale à ((q1 x t1) + (q2 x t2)) I T. La simple détermination de T et la mesure de t1 ou t2 donne le débit moyen s obtenu dans le local durant le temps T. T est la période du cycle de commande qui doit être choisie de façon à ce que l' impact d'une variation de ventilation pendant ce laps de temps reste faible au niveau de la qualité d'air résultante. C'est en général le cas si T est de o l'ordre de quelques minutes à quelques dizaines de minutes, le volume du local jouant un rôle de tampon vis-à-vis de l'augmentation de la concentration en polluant. Pendant t1, le débit sera en général insuffisant pour maintenir le niveau de s polluant à une valeur donnée. Ce niveau va donc augmenter, puis, pendant t2, le débit va être trop él evé et le faire redescendre. L' alternance temporel le donnera donc le débit moyen recherché pour le niveau de pollution acceptable visé. Aux figures 1 à 3, une courbe M matérialise l'évolution de la teneur en polluant au sein du local, et une droite N trace la valeur moyenne de la teneur en polluant au cours du temps lorsque les valeurs de t1 et t2 restent fixes. On constate à la figure 1 que, si t1 et t2 sont correctement adaptées et que s l'émission de polluant ne varie pas, on retrouve la même teneur en polluant après chaque cycle et la valeur moyenne du polluant reste stable. A la figure 2, on constate que dans le cas o l'émission du polluant augmente, et que le choix de t1 ou t2 n'est plus adapté à la situation, la teneur o en polluant augmente après chaque cycle et la valeur moyenne du polluant augmente elle aussi. A la figure 3, une seconde droite O représente la valeur moyenne de la teneur en polluant au cours du temps qui est atteinte après ajustement des valeurs t1 et t2 à la suite de la détection réalisse par le capteur de polluant. Cet ajustement consiste ici en un allongement de la durée t2, notée t'2, et en un raccourcissement de la durée t1, notée t'1, la période T restant constante. Ceci permet de retrouver un équilibre au niveau recherché. Le phénomène inverse peut bien sûr avoir lieu et on retrouve un ajustement dans l'autre sens, avec augmentation de t1 et réduction de t2. o L'ajustement des valeurs de t1 et t2 peut aussi venir d'informations i ndépendantes, com me par exemple le nom bre de person nes présentes, car bien que la commande de la vanne ne soit pas directement régie par la mesure du dioxyde de carbone, il existe néanmoins une relation directe entre le nombre de personnes et l'émission de ce polluant. En effet, I'on considère qu'une personne génère environ 18 litres de dioxyde de carbone par heure. La régulation décrite ici est tout à fait adaptée à un dispositif de détection du besoin par comptage du nombre de personnes, pour lesquelles on prédétermine une quantité d'air neuf qui résultera en un niveau stable de dioxyde de carbone, utilisé comme marqueur de la pollution d'origine humaine. o On utilise par exemple 30 m3 d'air par heure et par personne pour maintenir le dioxyde de carbone à une concentration de 1000 ppm à l'équilibre, ce qui est un objectif courant. Un des avantages de ce type de détection associé au procédé de régulation proposé est qu'on peut augmenter le débit avant que la concentration en polluant résultante n'augmente. Un léger décalage entre l'augmentation du besoin, due à l'aug mentati on du nombre de personnes, et l' aj ustement du débit n'a donc qu'un impact limité sur la qualité de l'air, même en cas d'une variation brusque du nombre de personnes. Au sens de la présente demande, il doit être compris qu'il est possible si besoin est. d'une part, de faire varier la durée de la période T ainsi que celles de t1 et t2, et d'autre part, comme décrit ci-dessus, de faire varier les durées t1 et t2 à l'intérieur d'une période T constante. Dans ce dernier cas, pour assurer une ventilation adéquate, le débit moyen définit au cours d'un cycle donné a donc été déterminé durant le cycle précédent. Là encore, on peut noter la bonne complémentarité d'un dispositif de pilotage par comptage associé à une modulation telle que décrite ici. En effet, une valeur T convenablement choisie permet de maintenir le niveau de pollution sous une valeur acceptable bien que le réglage du niveau de ventilation soit calculé à partir de la période échue. Typiquement, on pourrait appliquer un cycle de 5 minutes dans un petit local à o variation rapide de pollution, jusqu'à 30 minutes dans un local plus grand à variation lente. Tous les intermédiaires sont également possibles car il n'est par exemple pas nécessaire de ventiler très finement un auditorium s'il n'est rempli qu'à 10 %. En revanche, il faut resserrer les commandes lorsque l'on s'approche d'une assistance complète. Des dispositifs annexes de commande forcée, du type ouverture totale ou fermeture totale, sont bien évidemment envisageables. Il suffit de traduire ces commandes par une période t2 égale à T pour l'ouverture maximum, ou par une période t1 égale à T pour la fermeture totale. En se référant aux figures 4 et 5, on observe deux diagrammes comparatifs dans lesquels est représentée l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone dans un local au cours du temps selon la stratégie de ventilation employée. Pour qu'un local soit considéré comme suffisamment ventilé, la teneur en dioxyde carbone ne doit pas être supérieure à 1000. Dans chacun des deux diagrammes, une première courbe A représente le nombre de personnes occupant le local au cours du temps. Le nombre de personnes à un instant donné est déterminé par l'axe des ordonnées après une so division par 100 de la valeur relevée. Une deuxième courbe B matérialise l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone au cours du temps lorsque le procédé de ventilation utilise un débit à deux régimes asservi à la présence seule d'au moins une personne (modulation du type tout ou rien). Une troisième courbe C représente également l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone au cours du temps lorsque le procédé de ventilation fait appel à un débit directement asservi au nombre de personnes présentes, sans débit minimum. Enfin, une quatrième courbe D matérialise l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone au cours du temps, lorsque le procédé de pilotage employé est celui proposé par la présente invention. La durée du cycle retenue est de dix minutes et l'on peut remarquer sur la quatrième courbe D que la teneur en dioxyde de carbone est en augmentation lorsque le débit délivré est minimal mais qu'il baisse lorsque le débit est maximal. L'inertie du volume du local permet d'avoir une valeur moyenne acceptable tout au long des dix minutes du cycle puisque la teneur en dioxyde de carbone ne dépasse jamais 1000. o Sur la base du diagramme faisant l'objet de la figure 4, il a été constaté que l'utilisation du procédé selon la présente invention offre un gain énergétique de % par rapport à l'utilisation d'un procédé de ventilation fonctionnant en permanence en débit constant, al ors que l' uti l isation d u procédé sel on lequel le débit à deux régimes est asservi à la présence seule d'au moins une personne s offre seulement un gain énergétique de 35 %. Sur la base du diagram me faisant l'objet de la figure 5, le gain énergétique en utilisant le procédé selon l'invention a été porté à 65 %, contre 40 % en utilisant le procédé selon lequel le débit à deux régimes est asservi à la présence d'au moins une personne. o En se référant à la figure 6, on observe qu'un dispositif 1, selon l'invention, utilisé pour ventiler un local comporte tout d'abord un moyen de détection 2 qui renferme des capteurs 3 susceptibles de mesurer au moins un paramètre représentatif du besoin en ventilation du local. En fonction du type d'activités effectuées dans ce local, il est alors possible, comme décrit précédemment, d'employer les capteurs adéquats permettant la détection des conséquences directes eVou indirectes attendues de ces activités. Ce moyen de détection 2 est relié à un moyen de réglage 4 auquel il fournit les informations enregistrses. Ce moyen de réglage 4 est alors amené, sur la base de ces informations et à l'aide d'un système d'horloge interne 5, à définir un cycle d'une durée déterminée au cours duquel doit être généré au sein du local, de façon préférentielle, un débit minimal d'air durant une première période de to temps et un débit maximal d'air durant une seconde période de temps. Pour cela, ce moyen de pilotage 4 commande alors, soit directement un moto ventilateur 6 situé dans le local et pouvant fonctionner selon au moins deux régimes de vitesses, soit directement une vanne 7 située dans le local et couplée à un moto ventilateur central 8 hors du locai de manière à faire varier son ouverture. Si une ventilation plus élaborée est souhaitée, il sera possible d'intégrer dimrents capteurs dans le moyen de détection 2 fonctionnant de manière itérative. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers o de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l' invention. Revendications 1.- Procédé de pilotage du débit de ventilation d'un local dont le besoin en s renouvellement d'air est variable, par un dispositif (1) comportant au moins un moyen de détection (2) du besoin de ventilation, un moyen de réglage (4) du débit de ventilation et un moyen de mesure du temps (5), caractérisé en ce qu'il consiste, au cours d'un cycle de temps, à régler le débit de ventilation en fonction des informations issues du moyen de détection, en réalisant une alternance temporelle d'au moins deux débits prédéterminés (q1, q2) de ventilation. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alternance temporelle est réalisée par l'intermédiaire d'un cycle à deux niveaux de débit (q1, q2) de ventilation, respectivement minimal et maximal, dont le rapport cyclique est calculé à partir du besoin de ventilation et détermine le niveau moyen de ventilation pendant le cycle. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé o en ce que le cycle est de durée constante et de rapport cyclique variable, adapté au besoin de ventilation mesuré par les moyens de détection (2) appropnes. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée totale du cycle est comprise entre 3 et 30 minutes. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le cycle est de durée variable et de rapport cyclique variable, tous deux adaptés au besoin de ventilation mesuré par les moyens de détection (2) appropriés. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la durée du cycle est une fonction décroissante du besoin de ventilation. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il dispose d'une fonction de réqulation du débit en fonction de la pression disponible à au moins une allure de niveau de réglage. 8.- Dispositif (1) de pilotage du débit de ventilation d'un local comportant au moins un moyen de détection (2) du besoin de ventilation, un moyen de o réglage (4) du débit de ventilation et un moyen de mesure du temps (5), caractérisé en ce que, au cours d' un cycle de temps et en foncti on des informations issues de chaque moyen de détection, le moyen de réglage du débit de ventilation est apte à délivrer au moins deux débits prédéterminés (q1, q2) de ventilation en alternance temporelle. 9.- Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de réglage (4) commande une vanne (7) présentant au moins deux positions, et de préférence deux. 10.- Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de réglage (4) commande un moto ventilateur (6, 8) pouvant fonctionner selon au moins deux allures, et de préférence deux. 11.- Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce chaque moyen de détection (2) est apte à relever de facon manuelle ou automatique au moins un paramètre mesurable représentatif du besoin de ventilation dans le local. 12.- Dispositif (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque o paramètre mesurable est choisi dans le groupe des paramètres mesurables formé par le nombre de personnes, le degré d'hygrométrie, la teneur en dioxyde de carbone ou la température au sein du local.