Brevet FR2897420A1 — publié le 20070817

FONCTIONNEMENT ET DISPOSITIF DE CONTROLE POUR UNE INSTALLATION D'EXTRACTION D'HUMIDITE DANS UN LOCAL L'installation, objet de l'invention permet d'extraire l'humidité d'un local fermé en alternant l'admission de l'air extérieur et l'action d'un déshumidificateur, le choix du type de fonctionnement étant déterminé en continu par un dispositif de contrôle, en fonction des conditions climatiques. Cette installation peut être utilisée dans les locaux humides dont certaines parois ont une inertie thermique importante. C'est le cas notamment des grottes ou des caves dont les murs, généralement en pierre, sont en contact direct avec la terre ; c'est également le cas des entresols, des hangars et autres enceintes de stockage, posées directement sur le sol, la dalle-plancher étant en continuité thermique avec le sol. L'humidité dans ces locaux, peut être importante, provenant d'infiltration d'eau, de condensation, ou des produits stockés (produits humides ou dégageant de l'humidité...). Ces locaux sont alors inutilisables, l'humidité pouvant entraîner des dégradations, des fermentations, des prises en masse de produits granuleux etc.... Selon l'application, on cherchera à extraire l'humidité, en évitant les variations de température, comme par exemple dans une cave à vin. Selon une autre application, on cherchera à extraire le maximum d'humidité, sans contrainte de température, comme par exemple dans un hangar de stockage utilisé en séchoir partiel. Pour extraire l'humidité d'un local humide, il est traditionnel de créer un balayage par de l'air extérieur ; cette ventilation peut être naturelle, à travers des ouvertures, ou bien forcée au moyen de ventilateurs ou d'extracteurs. Cette technique est en effet efficace lorsque l'humidité relative de l'air extérieur est faible ; par contre, elle agit à l'inverse de l'objectif recherché lorsque l'air extérieur est chaud et humide, l'eau contenue dans l'air venant se condenser sur les parois froides du local. Comme l'humidité de l'air est souvent variable au cours de la même journée, il est possible d'apporter en quelques heures dans le local autant d'humidité qu'on en a extrait pendant le reste de la journée. Une deuxième pratique consiste à chauffer le local, tout en maintenant un balayage par de l'air extérieur, qui peut lui-même être chauffé ; on évite ainsi la condensation, et l'humidité est extraite par l'air de balayage. Cette solution est efficace, certes, mais au prix d'une consommation importante d'énergie ; en effet, une partie des calories apportées par le chauffage est évacuée vers l'extérieur par l'air de balayage, et est inutile et gaspillée ; de plus, elle n'est pas applicable par exemple dans une cave à vin, où l'on recherche une variation de température limitée. La combinaison du chauffage et du balayage par de l'air extérieur, n'apparaît donc pas, à priori, comme une solution satisfaisante au regard de la consommation de l'énergie. On peut également envisager de climatiser le local ; il est généralement nécessaire d'isoler les parois avant d'installer une centrale de climatisation ; les coûts d'investissement et de fonctionnement de cette installation sont généralement disproportionnés en regard de l'utilisation faite du volume ainsi climatisé. L'invention a pour but, d'apporter une solution pour extraire l'humidité de ces locaux, en utilisant les phénomènes naturels lorsqu'ils sont favorables, et de les associer à des moyens complémentaires, pour assurer une déshumidification continue, indépendante des conditions climatiques et qui s'inscrive dans le cadre du développement durable. Selon l'invention, on détermine dans un premier temps, la surface dans le local qui a la température la plus constante, à priori la paroi qui est en contact avec le sol et qui est éloignée des autres sources thermiques. Cette surface de référence est désignée par la suite par SR. Compte tenu de la grande inertie thermique du local, la température de la surface SR est très proche de la température moyenne intérieure du local Toujours selon l'invention, on mesure, de préférence en continu, l'humidité relative extérieure ramenée à la température de la surface SR. Ce paramètre sera désigné par la suite par HRR. C'est ce paramètre qui permet de déterminer les conditions favorables pour autoriser ou interdire l'introduction d'air extérieur dans le local. L'installation d'extraction d'humidité comprend deux circuits pour extraire l'humidité : le premier crée un balayage avec de l'air extérieur et le second met en oeuvre un déshumidificateur, de préférence de type pompe à chaleur ; l'un ou l'autre circuit fonctionnant alternativement en fonction de la valeur du paramètre HRR. Il est possible d'obtenir la valeur de ce paramètre HRR à partir de trois mesures : l'humidité relative extérieure, la température extérieure et la température de la surface de SR. Pour passer de ces trois mesures physiques au paramètre HRR, il faut réaliser en continu un calcul connu de l'homme du métier (diagramme de Mollier), mais qui nécessite un calculateur, souvent incompatible avec les installations domestiques ou de tailles moyennes. L'invention propose un dispositif très simple qui permet d'obtenir directement la valeur du paramètre HRR en une seule mesure. Ce dispositif est constitué d'un boîtier étanche dont une des faces est une plaque thermiquement conductrice, qui est accolée directement sur la surface SR, et qui est donc continuellement à la température de la surface SR. Le boîtier comporte un capteur hygrométrique, situé à proximité de la plaque conductrice, de telle sorte que la température de la plaque conductrice soit transmise au capteur hygrométrique. L'intérieur du boîtier est balayé par un courant d'air pompé à l'extérieur du local, le débit de balayage doit être faible, en général inférieur à 120 fois le volume du boîtier par heure, de telle sorte que la température de la plaque conductrice, qui est celle de la surface SR, ne soit pas modifiée par la température de l'air extérieur. Le capteur hygrométrique mesure directement l'humidité relative de l'air extérieur, ramené à la température de la surface SR, c'est à dire le paramètre HRR. L'appréciation de l'invention découle de l'explication décrite ci-après : Si on introduit dans le local un air extérieur dont le paramètre HRR est proche ou égal à 100%, il y a condensation sur la surface SR, et éventuellement, sur les autres surfaces du local qui sont à une température voisine ; on augmente l'humidité à l'intérieur du local. Si au contraire, on balaye le local avec un air extérieur dont le paramètre HRR est plus faible, par exemple inférieur à 95%, il n'y a pas de condensation sur la surface SR, ni sur les autres surfaces, et on laisse à cet air la possibilité de se charger d'humidité et de l'extraire du local. Pour que l'air intérieur se charge d'humidité, il faut fournir les calories nécessaires pour que l'eau passe en phase vapeur ; ces calories proviennent soit de l'air de balayage extérieur, soit de la paroi du local, cette surface jouant la fonction de stockage/restitution de chaleur, soit du déshumidificateur qui restitue la chaleur dégagée par le compresseur et le moteur du ventilateur, en plus de la chaleur latente de condensation de l'eau. II est souvent nécessaire de brasser l'air à l'intérieur du local pour optimiser le passage de l'humidité dans l'air. Afin d'accélérer le passage de l'eau en phase vapeur, il peut être avantageux d'apporter des calories par une source extérieure, notamment si ces calories sont gratuites et renouvelables ; un exemple est donné ci-après. Pour faciliter la description du fonctionnement, nous définissons les valeurs suivantes : Les seuils o HRRmax: Seuil pour HRR à partir duquel on interdit le 5 balayage du local par de l'air extérieur ; cette valeur est généralement comprise entre 50 et 95%. o Tirnax : limite supérieure (si nécessaire) de la température intérieure o Tlmin : limite inférieure de la température intérieure 10 o Hlrnin : limite inférieure (si nécessaire) de l'humidité relative intérieure - à l'intérieur du local : o TI ; Température intérieure o HI : Humidité relative intérieure 15 - à l'extérieur du local : o TE : Température extérieure La description ci-après décrit le cycle de fonctionnement : 20 Cas 1 : il n'y a pas de contrainte de température dans le local. Cependant, on définit une température Tlmin à partir de laquelle l'extraction d'humidité devient insuffisante : - HRR est inférieure à HRRmax : o 'Tl > Tlmin : le balayage par l'air extérieur est mis en route. 25 o 'TI Tlmin, c'est le balayage extérieur qui fonctionne ; si TE Timin, c'est le balayage extérieur qui fonctionne ; si TE Tlmax : si TE Tlmax, c'est le déshumidificateur qui est mis en marche, avec envoi de la chaleur dégagée vers l'extérieur - HRR est supérieure à HRRmax : o TI Tlmax, c'est le déshumidificateur qui est mis en marche, avec envoi de la chaleur dégagée vers l'extérieur. Les avantages d'un tel dispositif apparaissent clairement à ce stade de la description : - Grâce à l'invention, on assure l'extraction de l'humidité du local en continu, en utilisant autant que possible le balayage par l'air extérieur, qui est le plus naturel et qui consomme peu d'énergie. L'invention s'inscrit donc dans le cadre du Développement Durable. - Au cours d'une même journée, il n'est pas rare de rencontrer des variations importantes d'humidité et de température de l'air extérieur ; l'invention permet de suivre ces variations et de piloter automatiquement l'installation, en choisissant le type de fonctionnement optimal pour l'extraction de l'humidité. Dans le cas où le but recherché est d'extraire le maximum d'eau sans contrainte de température, le facteur limitant est souvent le manque de calories pour permettre à l'eau de passer en phase vapeur, notamment en période froide. La récupération de chaleur en provenance du déshumidificateur permet d'accélérer le phénomène. Il y a souvent intérêt à associer à l'installation objet de l'invention, une source de chaleur de préférence renouvelable et bon marché, par exemple à partir d'énergie solaire ... Enfin, en utilisant le dispositif spécifique de mesure du paramètre HRR, on remplace les mesures en continu de trois données et leur intégration dans un système complexe par la mesure d'une donnée unique qui pilote l'ensemble de l'installation. Fig.1 représente sous forme de diagramme, les plages de fonctionnement en fonction des paramètres de base (HRRmax et Tlmin) dans le cas où il n'y a pas de contrainte de température dans le local : Plage A : HRR est supérieur à HRRmax; le déshumidificateur est mis en 5 service, avec restitution vers l'intérieur de la chaleur dégagée. Plage B : HRR est inférieur à HRRmax et TI > Tlmin ; le balayage par de l'air extérieur est mis en marche Plage C : HRR est inférieur à HRRmax et TI Tlmin, le balayage par de l'air extérieur est actionné, 10 -si TE Fig.2 représente sous forme de diagramme, les plages de fonctionnement en fonctionnement des paramètres de base (HRRmax, Tlmin et 15 Timax) dans le cas où il y a des contraintes de températures dues aux conditions d'utilisation du local : Plage Al : HRR est supérieur à HRRmax et la température Tlmax n'est pas atteinte ; le déshumidificateur est mis en service, avec restitution vers l'intérieur de la chaleur dégagée. 20 Plage A2 : HRR est supérieur à HRRmax et la température Tlmax est dépassée ; le déshumidificateur est mis en service, avec envoi de la chaleur dégagée vers l'extérieur. Plage BO : HRR est inférieur à HRRmax, TI étant compris entre Tlmin et Timax : le balayage par de l'air extérieur est actionné. 25 Plage B1 : HRR est inférieur à HRRmax et TI Tlmin, le balayage par de l'air extérieur est actionné, - si TE Timax : 30 - si TE Tlmax, le déshumidificateur est mis en service, avec envoi de la chaleur dégagée vers l'extérieur. Fig.3 et f ig.4 représentent un exemple de dispositif pour mesurer en 35 continu le pararnètre HRR. Un boîtier étanche (1) possède une plaque thermiquement conductrice (2), par exemple une plaque en aluminium, qui est accolée directement sur la surface de référence (3). Le capteur hygrométrique (4) du dispositif est situé contre la plaque d'aluminium ; le signal est transmis par le câble (5). L'air, pompé à l'extérieur du local et introduit dans le boîtier (1) par l'orifice (6) et ressort par l'orifice (7) dans le local, le débit de balayage devant être faible, en général inférieur à 120 fois le volume du boîtier par heure, de telle sorte que la température de la plaque conductrice ne soit pas modifiée par la température de l'air extérieur. L'humidité relative, mesurée par le capteur (4) est précisément le paramètre HRR. Fig.5 représente un exemple d'installation selon l'invention dans un local semi-enterré : Le local semi-enterré est muni d'une ouverture (8) qui permet une introduction de l'air extérieur sous l'effet d'une légère dépression, mais qui interdit la sortie de l'air de l'intérieur du local vers l'extérieur ; un tuyau (9), de faible diamètre, est raccordé à une pompe à air (10), qui crée un balayage d'air dans le coffret (1) décrit ci-dessus, qui est fixé directement sur la surface SR (3) ; un coffret de commande (11) reçoit les informations de l'humidité relative HRR du coffret (1), de la température extérieure du local du capteur (15), de l'humidité intérieur du local du capteur (16) et de la température interne du local du capteur (17). De ce coffret de commande (11) partent les commandes pour mettre en route alternativement l'extracteur (12) et le déshumidificateur mécanique (13), dont les eaux condensées sont extraites par le tuyau (14). Un ventilateur (23) facultatif, permet d'homogénéiser l'atmosphère intérieure du local et d'optimiser l'extraction d'humidité. Fig.6 représente un exemple d'installation selon l'invention, dans lequel des capteurs solaires fournissent des calories à l'intérieur du local, favorisant le passage de l'eau en phase vapeur à partir d'une source de chaleur renouvelable et économique :. Sur la base de l'installation de la fig.5, un chauffage solaire (18) est implanté à proximité du local ; une circulation d'air est créée, par le ventilateur (20) qui aspire l'air du local par des gaines d'aspiration (19) et (21), et à travers le chauffage solaire (18), refoulant ainsi les calories dans le local. Le ventilateur (20) n'est mis en service que quand la température TS, mesurée par le capteur (22), à l'intérieur du chauffage solaire, est supérieure à la température intérieure au local TI. La description ci-après est un exemple de réalisation suivant l'invention. Une cave semi--enterrée, d'environ 45 m3, située sous une habitation, présente une humidité importante due à la nature du sol, aux infiltrations et à la condensation provenant d'une aération non contrôlée. Cette humidité se traduit par un ruissellement permanent sur les parois, par une fermentation rapide des produits alimentaires stockés, par une détérioration des caisses de vin et des étiquettes collées sur les bouteilles, et surtout par la transmission de l'humidité à l'étage supérieur par les murs. La température dans cette cave est d'une grande stabilité autour de 13 C. La cave a été équipée des éléments suivants : -un extracteur hélico-centrifuge de 130 m3/h - un déshumidificateur de type pompe à chaleur de 300 W - un dispositif de contrôle d'humidité selon l'invention La surface SRa été choisie à 1,2 m du sol, sur la paroi nord-ouest, qui a la température la plus constante. Sur cette surface SR, on a fixé le dispositif de contrôle d'humidité ; il est constitué d'un boîtier (dimensions : 0,15 x 0,15 x 0, 93 m), soit un volume d'environ 2 litres, muni d'une sonde hygrométrique, elle-même reliée à un contacteur inverseur qui change de position lorsque l'humidité relative de la sonde franchit un seuil réglable de 40% à 95%. Un tuyau de 8mm de diamètre intérieur, est relié à une pompe volumétrique à air (de type à membrane) ayant un débit de 50 litres à l'heure ; cette pompe crée un balayage à l'intérieur du boîtier avec de l'air provenant de l'extérieur ; compte tenu du faible débit de la pompe, par rapport au volume du boîtier, l'impact de la température de l'air de balayage sur la température de la plaque d'aluminium qui est en contact avec la surface de référence est négligeable ; on peut vérifier que la température dans le boîtier est celle de la paroi. Cas 1 : Extraction maximum de l'humidité, sans contrainte sur la 30 température. Les seuils ont été fixés de la façon suivante : - HRRmax : 90% - Tlmin : 7 C. Des essais sur plusieurs jours, dans des conditions climatiques 35 différentes ont permis de confirmer les différents points suivants : - En période d'été, la température interne peut monter jusqu'à 20 C avec une température extérieure variant de 20 à 30 C ; les quantités d'eau extraites sont importantes (de l'ordre de 2 à 10 litres d'eau par jour) ; le balayage par l'air extérieur fonctionne 80 % du temps (le matin, la nuit...) et le déshumidificateur 20 % du temps (en fin de nuit, le soir...) ; la consommation moyenne est inférieure à 2 kWh par jour. - En période d'hiver, la température baisse jusqu'à 8 C, et le balayage par l'air extérieur fonctionne 95 % du temps. L'extraction d'eau varie de 1 à 5 litres par jour pour une consommation électrique moyenne d'environ 1,4 kWh. Ce dernier essai montre que le facteur limitant en période d'hiver est la quantité de chaleur apportée pour l'évaporation de l'eau. Dans les mêmes conditions, un essai, en chauffant l'air à 30 C, a permis d'extraire du local plus de 15 litres d'eau en un jour. Cas 2 : Extraction de l'humidité, en faisant peu varier la température, Les seuils ont été fixés de la façon suivante : - HRmax : 70% - Hlmin : 50%. - Timin : 10 C. - Tlmax : 16 C. Un fonctionnement statistique sur un an montre que l'extracteur fonctionne 40% du temps et le déshumidificateur 10% du temps ; pendant 50 % du temps, l'humidité relative est inférieure à un seuil minimum (50 %), dans la plage de température définie (10 û 16 C) ; dans ce cas, ni l'extracteur, ni le déshumidificateur ne fonctionne. Sur un an, les différents paramètres sont restés à l'intérieur des seuils fixés ; concrètement, il n'y a plus d'humidité sur les parois, les produits alimentaires se conservent, les caisses de vin et les bouteilles restent intactes et les remontées d'humidité ont disparu. On peut estimer que l'extraction moyenne est d'environ 3 litres d'eau par jour pour une consommation moyenne de 0,8 kWh. Les applications industrielles de l'invention découlent de la description ci-dessus et concerne directement le procédé mis en oeuvre pour évacuer l'humidité d'un local et la réalisation du dispositif pour mesurer en continu le paramètre HRR. Les domaines d'application de l'invention ne sont pas limités aux installations domestiques (caves, sous-sols, entre-sols..) ; de nombreuses applications industrielles pour l'extraction de l'humidité peuvent être envisagées comme par exemple : Dans les gymnases - Dans les hangars/stockeurs de produits pondéreux humides 5 -Dans les Caves à vin, caves d'affinage... Lorsque les applications ne nécessitent pas de contrôle de la température, et que l'on veut privilégier la capacité de séchage de l'installation, on aura en général intérêt à associer le système à une source de chaleur de préférence 10 renouvelable et économique, comme par exemple un chauffage solaire ou la récupération de chaleur d'une pompe à chaleur fournissant du froid pour une autre application. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'extraction de l'humidité d'un local enterré, semi-enterré ou posé sur le sol, qui comprend un système de balayage par l'air extérieur, un déshumidificateur et un dispositif qui détermine ou mesure le paramètre HRR (humidité relative de l'air extérieur ramenée à la température de la paroi SR en contact avec le soi) caractérisé en ce que : - si HRR est supérieur à un seuil HRRmax, compris entre 40% et 95%, c'est le déshumidificateur qui est mis en fonctionnement. - si HRR est inférieur à HRRmax, c'est le balayage par l'air extérieur qui est mis en fonctionnement. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que si la température à l'intérieur du local est inférieure à un seuil prédéterminé Tlmin, compris entre 0 et 20 C, et si la température extérieure est inférieure à la température Tlmin, le balayage par l'air extérieur ne peut être mis en route ; c'est le déshumidificateur qui fonctionne, les calories provenant de la condensation de l'eau étant recyclées à l'intérieur du local. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que si la température à l'intérieur du local est supérieure à un seuil prédéterminé Tlmax, compris entre 10 et 30 C, et si la température extérieure est supérieure à la température Tlmax, le balayage par l'air extérieur ne peut être mis en route ; c'est le déshumidificateur qui fonctionne, les calories provenant de la condensation de l'eau étant rejetées à l'extérieur du local. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur du local est alimenté en chaleur par une source de chaleur, continue ou non. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un brassage de l'air à l'intérieur du local permet d'optimiser l'extraction d'humidité à l'intérieur du local. 6. Dispositif pour mesurer le paramètre HRR pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, constitué d'un boîtier comprenant une plaque thermiquement conductrice et un capteur hygrométrique, caractérisé en ce que : - le capteur hygrométrique se trouve à proximité de la plaque conductrice - la plaque conductrice est fixée contre la paroi SR - le volume interne du boîtier est balayé par l'air extérieur au local, à un débit inférieur à 120 fois le volume du boîtier par heure. 7. Application du procédé suivant les revendications 1 à 5 aux caves enterrées ou semi-enterrées, dont on veut extraire l'humidité, tout en restant dans une fourchette de température étroite. 8. Application du procédé suivant les revendications 1 à 5 aux locaux qui stockent des produits humides pondéreux ou pâteux, l'objectif étant d'en extraire l'humidité. 25 30 35