Brevet FR2860284A1 — publié le 20050401

PROCEDE DE REGULATION DE L'ALIMENTATION EN AIR NEUF D'UNE INSTALLATION DE DISTRIBUTION D'AIR CONDITIONNE. L'invention concerne un procédé destiné à assurer la régulation de l'alimentation en air 5 neuf d'une installation de distribution d'air conditionné. Par alimentation en air conditionné, on entend au sens de l'invention les différents systèmes de ventilation permettant soit de refroidir, soit de réchauffer l'air à traiter. De telles installations comportent traditionnellement une unité de chauffage ou de refroidissement au niveau de laquelle aboutit une arrivée d'air. Cet air, après être réchauffé, ou au contraire refroidi, est ensuite soufflé par une unité de soufflage, au niveau de l'enceinte à conditionner. Pour certaines applications, notamment industrielles et/ou commerciales, des normes peuvent imposer l'admission à titre surabondant d'air neuf, c'est à dire d'air prélevé à l'extérieur de l'enceinte à conditionner, et ce, afin d'assurer un renouvellement de l'air ambiant. De fait, dans cette configuration, ces installations comportent une source d'air recyclé, c'est à dire d'air prélevé dans l'enceinte à conditionner, et une source d'air neuf, prélevé à l'extérieur de l'enceinte, ces deux sources aboutissant au niveau d'un registre, c'est à dire d'un ensemble de volets réglables, permettant de fixer au niveau du mélange subissant le réchauffage ou le refroidissement, le pourcentage souhaité d'air neuf. Les volets d'un tel registre peuvent être actionnés au moyen d'un servomoteur, lui-même commandé par un automate programmable. Dans les systèmes actuels, lorsque l'on impose une consigne en termes de pourcentage d'air neuf, celle-ci se traduit par une ouverture déterminée du registre, proportionnelle à la consigne souhaitée. Ainsi, si le servo moteur reçoit un signal compris dans une plage entre 0 et 10 Volts, une consigne de 20% en air neuf se traduit par l'envoi d'un signal 2 Volts au servo-moteur, aboutissant à une ouverture des volets du registre en prise avec l'arrivée d'air neuf de 20 % de sa capacité optimum. L'expérience démontre cependant qu'en réalité, l'ouverture du registre correspondant ne traduit pas au niveau de l'air effectivement soufflé dans l'enceinte, la consigne souhaitée, c'est à dire par le pourcentage d'air neuf souhaité. En effet, l'alimentation en air recyclé peut être raccordée à différents systèmes aérauliques, et notamment des gaines, induisant une perte de charge en amont du registre d'air recyclé, difficilement quantifiable, et en tout cas non constante, en fonction du réseau en question. Il en est de même s'agissant de l'alimentation en air neuf. Par ailleurs, on observe également que la réponse constatée au niveau du registre n'est pas linéaire, et qu'il existe un hystérésis entre le pourcentage de mélange demandé à l'origine, résultant de la tension de commande appliquée au niveau du servo-moteur et le mélange d'air réel obtenu. Cet hystérésis dépend également des caractéristiques du réseau raccordé, notamment au niveau de l'air recyclé et de l'air neuf. Ce faisant, de par l'introduction dans l'enceinte à conditionner d'un excès d'air neuf, on aboutit à une surconsommation d'énergie de l'installation de climatisation, phénomène d'autant plus accentué que l'écart de température entre l'air de l'enceinte à conditionner et l'air extérieur est important. L'objectif de la présente invention est donc fondamentalement d'induire une introduction d'air neuf correspondant le plus exactement possible au pourcentage 25 consigné ou imposé par l'utilisateur de l'enceinte. Pour ce faire, l'invention propose un procédé de régulation de l'alimentation en air neuf d'une installation de distribution d'air conditionné , dans lequel ladite installation comprend: une alimentation en air neuf prélevé à l'extérieur de l'enceinte à conditionner; une alimentation en air recyclé, prélevé au sein de ladite enceinte à conditionner; un registre à ouverture contrôlée, au niveau duquel aboutissent les deux alimentations précédentes, et destiné à assurer un mélange selon une proportion 35 souhaitée en air neuf et en air recyclé ; une unité de chauffage et/ou de refroidissement du mélange d'air issu du registre, - une unité de soufflage dudit air après réchauffement et/ou refroidissement au niveau de l'enceinte à conditionner; ce procédé se caractérisant en ce qu'il consiste, pendant une période de zone morte, c'est à dire en l'absence de fonctionnement de l'unité de chauffage ou de refroidissement: - à mesurer, pour une ouverture du registre correspondant à la consigne en air neuf souhaité, la température de l'air soufflé par l'unité de soufflage; à mesurer pour cette même ouverture du registre, les températures respectives de l'air neuf et de l'air recyclé en amont du registre; - à déterminer le pourcentage d'air neuf effectif au moyen de la formule suivante: pourcentage d'air neuf = température de soufflage température d'air recyclé température air neuf - température air recyclé à comparer la valeur obtenue avec le pourcentage d'air neuf imposé par une 15 consigne; à modifier l'ouverture du registre jusqu'à aboutir sensiblement à la coïncidence entre le pourcentage d'air neuf mesuré et le pourcentage d'air neuf consigné. En d'autres termes, l'invention consiste à agir sur le degré d'ouverture des volets du registre, permettant ainsi de moduler la quantité d'air neuf entrante de par la mesure de trois températures, en période de zone morte, et notamment la température de l'air soufflé à l'intérieur de l'enceinte à conditionner, celle-ci étant directement fonction, à quelques dixièmes de degré près, de la quantité d'air neuf introduit dans l'enceinte. Avantageusement, les valeurs d'ouverture des volets pour une consigne donnée sont mémorisées, de telle sorte à permettre une ouverture idéale desdits volets lors de consignes identiques pendant le fonctionnement de l'installation avec une demande de chauffage ou de refroidissement. En outre et avantageusement, l'installation opère un re-calibrage systématique de l'ouverture des volets du registre pendant chacune des périodes dites de zone morte, et ce, afin d'optimiser le fonctionnement de l'installation. La manière de réaliser l'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique du principe de fonctionnement de l'installation conforme à l'invention. La figure 2 est une représentation schématique en plan d'un registre mis en oeuvre dans l'installation conforme à l'invention, dont la figure 3 est une vue latérale. On a schématiquement représenté en relation avec la figure 1, un module d'installation de distribution d'air conditionné, conforme à l'invention. Une enceinte peut comprendre une multitude de tels modules, fonction bien évidemment de ses dimensions, du volume effectif qu'elle contient et de l'efficacité souhaitée de la dite installation. Ce type de module est traditionnellement positionné sur le toit de l'enceinte, d'où sa dénomination traditionnelle en langue anglaise de rooftop . Ce module comprend trois parties, respectivement une partie d'alimentation (1) en mélange d'air, à la fois recyclé et d'air neuf, une unité de chauffage ou de refroidissement (2), et une unité de soufflage (3). La partie (1) intègre un registre (4) décrit plus en détail en relation avec les figures 2 et 3. Il peut être observé qu'au niveau du registre (4) aboutissent une amenée (5) d'air recyclé (6), c'est à dire de l'air provenant de l'enceinte à conditionner, et une arrivée (7), ouverte sur l'extérieur, au niveau de laquelle est acheminé l'air neuf (8). Bien évidemment, en amont du registre (4), les amenées d'air, respectivement recyclé (5) et d'air neuf (7) sont étanches l'une par rapport à l'autre. En aval du registre (4), un mélange d'air recyclé (6) et d'air neuf (8) est donc réalisé, préalablement à la traversée de celui-ci au sein de l'unité de chauffage (2) ou de refroidissement. Un ventilateur (10) intégré au sein de l'unité de soufflage (3) aspire ainsi l'air du mélange d'air recyclé (6) et neuf (8) et le renvoie (flèche 11) au sein de l'enceinte à conditionner. Le registre (4) est constitué d'un ensemble de volets (12), chacun desdits volets étant monté rotatif par rapport à un axe, dans l'exemple décrit, horizontal. Ces différents axes sont parallèles entre eux. En outre, l'une des deux extrémités de chacun des axes est solidaire d'une roue ou pignon denté (13), venant engrener dans la roue ou pignon denté adjacent, l'ensemble de ces roues dentées étant mu en rotation au moyen d'un servomoteur non représenté, agissant sur l'une des roues ou pignons dentés. L'orientation des volets est réalisée de façon telle lors de la réalisation du registre, que lorsque l'ouverture des volets supérieurs (14), ici en communication avec l'arrivée d'air neuf, est maximum, les volets inférieurs (15), dans l'exemple décrit en communication avec l'amenée d'air recyclé, sont en position obturée. De sorte qu'en jouant sur l'orientation des volets, il est possible de faire varier de 0 à 100 % l'alimentation en air neuf, au sein de la partie (1). Une sonde de température est positionnée, respectivement en zone (5), c'est à dire au niveau du lieu d'acheminement de l'air recyclé, en zone (7), c'est à dire au niveau du lieu d'acheminement en air neuf, et en sortie du ventilateur (10), c'est à dire sensiblement au voisinage de la flèche 11. Ce faisant, par la mesure de la température simultanément en ces différentes zones, et en période de zone morte, c'est à dire l'absence de fonctionnement de l'unité de chauffage ou de refroidissement (2), il devient possible de déterminer relativement précisément le pourcentage effectif d'air neuf effectivement introduit dans le mélange par la relation: Pourcentage d'air neuf = température de soufflage - température d'air recyclé température d'air neuf - température d'air recyclé Ce pourcentage d'air neuf effectif correspond à une ouverture déterminée des volets 30 (14, 15), fixée par la consigne imposée par l'utilisateur. Comme déjà, on observe d'expérience que le pourcentage d'air neuf effectif, c'est à dire mesuré, et le pourcentage d'air neuf consigné, diffèrent assez sensiblement. En fonction du pourcentage effectif d'air neuf ainsi déterminé, un signal est envoyé à l'automate gérant le servomoteur du registre (4), induisant une plus grande ouverture des volets (14), ou au contraire une plus grand fermeture de ceux-ci, jusqu'à atteindre, par itérations, le pourcentage d'air neuf consigné. Lorsque cette valeur est atteinte, on stocke dans une mémoire associée à l'automate gérant le servomoteur, la valeur correspondante d'ouverture des volets, et donc la tension effectivement appliquée au servomoteur, afin dans des conditions équivalentes de consigne en pourcentage d'air neuf, de fixer précisément l'ouverture effective des volets (14, 15) lors d'une demande en chauffage ou en refroidissement. Par ailleurs, avantageusement, attendu que l'unité de chauffage ou de refroidissement (2) ne fonctionne pas en permanence, on impose un calibrage systématique de l'ouverture des volets du registre (4) pendant chaque période de zone morte, de l'installation, toujours en fonction de la consigne donnée en pourcentage d'air neuf. Ce faisant, on optimise le fonctionnement de l'installation d'alimentation en air conditionné, et notamment, on diminue significativement la consommation d'énergie, puisqu'on réduit au maximum la quantité effective d'air neuf introduit au sein de l'enceinte, et notamment au niveau de la zone (1) de mélange de l'air recyclé et de l'air neuf, et donc corollairement, la quantité nécessaire de calories ou de frigories à lui communiquer. On conçoit dès lors tout l'intérêt du procédé de fonctionnement de l'installation d'alimentation en air conditionné conforme à l'invention, d'une part, de par sa simplicité en termes de fonctionnement, et d'autres part, de par les importantes économies d'énergie qu'il est susceptible d'engendrer. 7 REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de l'alimentation en air neuf d'une installation de distribution d'air conditionné , dans lequel ladite installation comprend: une alimentation (7) en air neuf (8) prélevé à l'extérieur de l'enceinte à 5 conditionner; une alimentation (5) en air recyclé (6), prélevé au sein de ladite enceinte à conditionner; - un registre (4) à ouverture contrôlée, au niveau duquel aboutissent les deux alimentations précédentes (5, 7), et destiné à assurer un mélange selon une 10 proportion souhaitée en air neuf et en air recyclé ; - une unité de chauffage et/ou de refroidissement (2) du mélange d'air issu du registre (4) ; - une unité de soufflage (3) dudit air après réchauffement et/ou refroidissement au niveau de l'enceinte à conditionner; caractérisé en ce qu'il consiste, pendant une période de zone morte, c'est à dire en l'absence de fonctionnement de l'unité de chauffage ou de refroidissement (2): - à mesurer la température de l'air soufflé par l'unité de soufflage (3), pour une ouverture du registre (4) correspondant à la consigne en air neuf souhaitée; - à mesurer pour cette même ouverture du registre, les températures respectives de l'air neuf et de l'air recyclé en amont du registre; - à déterminer le pourcentage d'air neuf effectif au moyen de la formule suivante: pourcentage d'air neuf = température de soufflage température d'air recyclé température air neuf - température air recyclé à comparer la valeur obtenue avec le pourcentage d'air neuf imposé par une 25 consigne; à modifier l'ouverture du registre (4) jusqu'à aboutir sensiblement à la coïncidence entre le pourcentage d'air neuf mesuré et le pourcentage d'air neuf consigné. 2. Procédé de régulation de l'alimentation en air neuf d'une installation de distribution d'air conditionné selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs d'ouverture des volets du registre (4) pour une consigne donnée sont mémorisées, de telle sorte à permettre une ouverture idéale desdits volets pour des consignes identiques pendant le fonctionnement de l'installation lors de demandes de chauffage ou de refroidissement. 3. Procédé de régulation de l'alimentation en air neuf d'une installation de distribution d'air conditionné selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'installation opère un re-calibrage systématique de l'ouverture des volets du registre pendant chacune des périodes dites de zone morte, et ce, afin d'optimiser le fonctionnement de l'installation.