Brevet FR2874421A1 — publié le 20060224

PROCEDE DE REGULATION DE L'ALIMENTATION EN AIR NEUF D'UNE INSTALLATION DE CONDITIONNEMENT D'AIR D'UNE ENCEINTE ET INSTALLATION METTANT EN UVRE CE PROCEDE L'invention concerne un procédé destiné à assurer la régulation de l'alimentation en air neuf d'une installation de distribution d'air conditionné, et plus particulièrement à permettre de tempérer en positif ou en négatif l'air neuf ainsi introduit dans un enceinte, dont on souhaite conditionner l'air ambiant. Elle vise également une installation du type en question mettant en oeuvre un tel procédé. 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 sein de l'enceinte à conditionner. Partie au moins de cet air est constitué d'air dit neuf , prélevé à l'extérieur de ladite enceinte et ce, afin de répondre à des normes imposant l'admission d'une quantité déterminée d'air neuf, notamment pour des applications industrielles et/ou commerciales. Par air neuf, on entend l'air prélevé à l'extérieur de l'enceinte à conditionner et ce, dans un souci d'assurer un renouvellement de l'air ambiant. Cependant, une autre partie de l'air traité est constituée par de l'air recyclé provenant de ladite enceinte. Ces deux sources respectivement d'air neuf et d'air recyclé aboutissent traditionnellement 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 ratio souhaité d'air neuf. L'objectif recherché par la présente invention est de récupérer partie au moins des calories ou au contraire des frigories issues de l'air recyclé, et de transférer ces calories ou frigories à l'air neuf et ainsi corollairement permettre la réalisation d'une économie d'énergie significative, tout particulièrement lorsque la variation de température à imprimer est importante. A cet effet, le procédé de l'invention, mis en oeuvre pour assurer le conditionnement d'une enceinte au moyen d'une installation comprenant: 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, destiné à assurer un mélange selon une proportion 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 mélange après réchauffement et/ou refroidissement au niveau de l'enceinte à conditionner; consiste à tempérer en positif ou en négatif l'air neuf en amont dudit registre par échange thermique avec partie au moins de l'air extrait de l'enceinte à conditionner. L'installation du type en question, mettant en oeuvre ce procédé, comporte de fait en amont dudit registre un échangeur, par exemple de type à plaques, au niveau duquel transitent respectivement l'air neuf et partie de l'air extrait de l'enceinte, sans pour autant entrer en contact l'un avec l'autre. Ce faisant, en fonction des caractéristiques de l'échangeur, et en outre de l'écart entre les températures respectives de l'air neuf et de l'air recyclé, c'est à dire de la température de consigne du conditionnement de l'enceinte, il est possible d'aboutir à un réchauffement de l'air neuf ou au contraire à son refroidissement, et partant, de diminuer la consommation d'énergie de l'unité de chauffage ou de refroidissement située en aval du registre à ouverture contrôlée. Selon l'invention, l'échangeur et la zone d'échange sont intégrés au sein d'un module susceptible de venir s'adapter aux installations de conditionnement d'air traditionnelles ou spécifiques, notamment celles dénommées selon l'expression en langue anglaise roof top . La manière dont l'invention peut être réalisée 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. Les figures 1 et 2 illustrent une représentation schématique du principe de fonctionnement d'une installation conforme à l'art antérieur, respectivement pour un raccordement vertical et pour un raccordement horizontal avec l'enceinte à conditionner. Les figures 3 et 4 sont des figures analogues aux figures 1 et 2 de l'installation conforme à l'invention mettant en oeuvre le procédé revendiqué. On a représenté une installation de distribution d'air conditionné conforme à l'art antérieur sur les figures 1 et 2, se présentant sous la forme de modules associés les uns l0 avec les autres. Classiquement, une enceinte peut comprendre une pluralité de ces modules, en fonction bien évidemment de ses dimensions, du volume effectif qu'elle contient et de l'efficacité souhaitée de cette installation. Ces modules sont traditionnellement positionnés sur le toit de l'enceinte, d'où la 15 dénomination traditionnelle d'une telle installation en langue anglaise de rooftop . L'un de ces modules comprend tout d'abord une zone d'alimentation (1) en mélange d'air à la fois recyclé (9) et d'air neuf (11), c'est-à-dire d'air prélevé à l'extérieur de l'enceinte à conditionner. Ce mélange air neuf (11) / air conditionné (9) est réalisé au moyen d'un registre (6) assurant un tel mélange. Ce registre est bien connu de l'homme du métier, et est notamment constitué d'un ensemble de volets, chacun desdits volets étant monté rotatif par rapport à un axe, ces différents axes étant parallèles entre eux. L'ouverture ou la fermeture respective des volets permet ainsi de régler le mélange air neuf (11) / air recyclé selon le souhait de l'utilisateur et en application des normes en vigueur. Le mélange ainsi obtenu est ensuite chauffé ou au contraire refroidi au niveau d'une unité de chauffage ou de refroidissement (2), avant d'être soufflé par un ventilateur (3) au sein de l'enceinte à conditionner. On a représenté par la flèche (4) l'air ainsi soufflé au sein de l'enceinte et régulé en température par des dispositifs classiques. Corollairement, une partie de l'air (5) de l'enceinte est recyclée. Pour ce faire, il est aspiré au moyen d'un ventilateur ou extracteur (7), acheminant une partie (9) de l'air ainsi recyclé au niveau du registre (6) , et évacuant l'autre partie (8) à l'extérieur de l'enceinte, par une sortie (10). Cette évacuation de partie de l'air contenu dans l'enceinte est dictée par le souci de ne pas créer de surpression au sein de celleci, inhérente à l'introduction continue d'air neuf (11). La figure 2 repose sur un système de fonctionnement tout à fait identique, à l'exception de l'implantation des modules. En effet, si sur la figure 1, les différents modules sont situés sur le toit de l'enceinte, expliquant les cheminements verticaux de l'air (4) introduit dans l'enceinte et extrait (5) hors de celle-ci, sur la figure 2, ces modules sont par exemple situés au niveau latéral par rapport aux murs de l'enceinte, expliquant les trajets horizontaux des flux d'air respectifs. L'invention est plus particulièrement décrite en relation avec les figures 3 et 4. Celle-ci repose fondamentalement sur le même principe que celui précédemment décrit, à l'exception toutefois du fait qu'elle comporte une partie supplémentaire (12) située en amont du registre à ouverture contrôlée (6). Au sein de cette zone ou partie (12) est mis en place un échangeur à plaques (13), par exemple du type commercialisé par la société DELTA AIR PLUS ou par la société HEATEX. Dans l'exemple décrit, cet échangeur est constitué de plaques d'aluminium brut de 750 mm de côté sur une épaisseur variant de 600 à 1675 mm en fonction des dimensions des caissons constitutifs de l'installation de l'invention. Le pas inter-plaque est de 9 ou 12 mm. En outre, chaque échangeur est muni d'un bypass intégré. Au sein de cet échangeur à plaques, et ainsi qu'on l'a symbolisé, on réalise l'échange thermique entre l'air neuf (11) et une partie (8) de l'air recyclé (5). La fonction du bypass est, d'une part, d'annuler l'échange dans les phases où les températures intérieures et extérieures ne le justifient pas (phase dénommée sous l'expression britannique free-cooling: air neuf de température inférieure à celle de l'air intérieur avec demande de froid sur le climatiseur). D'autre part, il permet de dégivrer l'échangeur par l'air chaud extrait à intervalles périodiques, quand l'air neuf de température négative induit à travers les plaques la prise en glace de l'humidité sortant du bâtiment. Si l'exemple décrit met en uvre un échangeur à plaques, l'invention est susceptible de fonctionner de la même manière au moyen d'un échangeur de type à roue. Le principe d'échange est similaire à celui précédemment décrit, à ceci près que l'échangeur est constitué d'une roue poreuse tournant en même temps dans les deux flux d'air (air extrait et air neuf entrant) et installée dans un caisson cloisonné séparant l'air extrait et l'air neuf. L'ouverture ou sortie (10) du module de l'art antérieur, au lieu de communiquer directement avec l'extérieur, communique avec cette zone (12) pour permettre l'acheminement de cet air recyclé au niveau de l'échangeur (13). Ce faisant, et ainsi qu'on l'aura compris, lorsque l'on souhaite chauffer l'enceinte à conditionner, et que donc l'air extérieur ou l'air neuf (11) est plus frais, voire froid, celui-ci est partiellement tempéré par une partie de l'air recyclé (5) au niveau de cet échangeur (13). Par conséquent, l'énergie consommée au niveau de l'unité (2) pour réchauffer le mélange issu du registre (6) est réduite. Corollairement, lorsque l'on souhaite refroidir l'enceinte à conditionner, l'air extérieur ou neuf (11), donc a priori plus chaud, est partiellement refroidi par une partie (8) de l'air recyclé (5), déjà à température inférieure en raison de son passage précédent par l'unité (2), permettant là encore de réduire la quantité d'énergie de ladite unité de refroidissement (2) pour atteindre la température de consigne. Les lois de la thermodynamique précisent que l'efficacité de cet échangeur (13) est accrue dès lors que la variation de température entre l'air neuf (11) et l'air recyclé (5) est élevée. Avantageusement, des capteurs de pression positionnés en amont et en aval de l'échangeur (13) sont mis en place, pour, le cas échéant, détecter la prise en glace de l'échangeur du côté air extrait (chaud et humide) en cas de traitement d'air neuf inférieur à 0 C. En effet, dans une telle hypothèse, le fonctionnement général de l'installation est susceptible d'être d'affecté. Lorsque ces capteurs détectent une augmentation de différence de charge, ils induisent l'ouverture périodique ou cyclique sur une durée de quelques minutes d'un volet déflecteur situé en parallèle de l'échangeur sur le cheminement de l'air neuf. Ce volet déflecteur permet de dériver de manière temporaire l'air neuf, notamment lorsque celui-ci est inférieur à 0 C, de telle sorte qu'il ne traverse plus l'échangeur (13). Ce faisant, n'est plus dirigé sur l'échangeur (13) que l'air extrait, donc naturellement chaud et à tout le moins tempéré, qui est ainsi transféré audit échangeur un courant d'air chaud induisant son dégivrage. Corollairement, le fond de la zone ou partie (12) comporte également (non représenté) en zone inférieure un bac extractible de récupération des condensats résultant des phénomènes de condensation, susceptibles d'intervenir lors de l'échange thermique entre l'air neuf (11) et l'air recyclé (5) au niveau de l'échangeur (13). On conçoit dès lors tout l'intérêt du procédé et de l'installation de la présente invention. On observera tout d'abord les économies d'énergie substantielles susceptibles de Io découler de la mise en oeuvre d'un tel procédé et d'une telle installation. En outre, on observera la grande simplicité d'adjonction de cet accessoire constitué par l'échangeur et par cette zone (12), puisqu'il s'agit là de dimensions standardisées, parfaitement susceptibles de s'adapter sur les modules traditionnels de conditionnement d'air pour enceintes. En d'autres termes, cet accessoire présente une grande modularité, susceptible de permettre son adaptation sur toute installation de conditionnement d'air, et notamment sur les installations de type roof top , c'est à dire positionnées sur le toit des 20 enceintes à conditionner. 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 en air neuf (11) prélevé à l'extérieur de l'enceinte à conditionner; une alimentation en air recyclé (8), prélevé au sein de ladite enceinte à conditionner; - un registre (6) à ouverture contrôlée, au niveau duquel aboutissent les deux 1 o alimentations précédentes, et destiné à assurer un mélange selon une proportion souhaitée en air neuf et en air recyclé ; une unité de chauffage et/ou de refroidissement (6) du mélange d'air issu du registre (6) ; une unité de soufflage (3) dudit mélange après réchauffement et/ou 15 refroidissement au niveau de l'enceinte à conditionner; caractérisé en ce qu'il consiste à tempérer en positif ou en négatif l'air neuf (11) en amont dudit registre (6) par échange thermique avec partie au moins de l'air (5) extrait (7) de l'enceinte à conditionner. 2. Installation de distribution d'air conditionné au sein d'une enceinte, comprenant: une alimentation en air neuf (11) prélevé à l'extérieur de l'enceinte à conditionner; une alimentation en air recyclé (8), prélevé au sein de ladite enceinte à 25 conditionner; un registre (6) à ouverture contrôlée, au niveau duquel aboutissent les deux alimentations précédentes, et destiné à assurer un mélange selon une proportion souhaitée en air neuf et en air recyclé ; une unité de chauffage et/ou de refroidissement (6) du mélange d'air issu du 30 registre (6) ; une unité de soufflage (3) dudit mélange après réchauffement et/ou refroidissement au niveau de l'enceinte à conditionner; caractérisée en ce qu'elle comprend en outre en amont du registre (6) une zone (12) d'échange thermique entre l'air neuf (11) prélevé à l'extérieur de l'enceinte 35 et l'air recyclé (5) extrait de l'enceinte. 3. Installation de distribution d'air conditionné au sein d'une enceinte selon la revendication 2, caractérisée en ce que la zone (12) intègre un échangeur (13), au niveau duquel aboutit l'air neuf (11) et partie de l'air extrait de l'enceinte, et au niveau duquel intervient un échange thermique entre ces deux flux. 4. Installation de distribution d'air conditionné au sein d'une enceinte selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'échangeur (13) est de type à plaques ou de type à roue. 5. Installation de distribution d'air conditionné au sein d'une enceinte selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des capteurs de pression positionnés en amont et en aval de l'échangeur (13), destinés à indiquer la prise en glace de l'échangeur par détection d'une perte de charge et à induire l'ouverture cyclique d'un volet déflecteur monté en parallèle de l'échangeur (13), destiné à dévier de manière temporaire la circulation d'air neuf hors dudit échangeur, afin de ne diriger sur celui-ci que l'air extrait, et donc naturellement tempéré propre à aboutir au dégivrage dudit échangeur. 6. Installation de distribution d'air conditionné au sein d'une enceinte selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la zone (12) est munie au niveau de son fond d'un bac extractible de récupération des condensats résultant des phénomènes de condensation, susceptibles d'intervenir lors de l'échange thermique entre l'air neuf (11) et l'air recyclé (5) au niveau de l'échangeur (13). 7. Installation de distribution d'air conditionné au sein d'une enceinte selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la zone (12) est intégrée au sein d'un module additionnel, susceptible d'être intégrée au sein d'une installation de conditionnement d'air, notamment de type roof-top .