Brevet FR2944340A1 — publié le 20101015

Installation de ventilation double flux coaxial avec pompe à chaleur intégrée pour le logement collectif [001] L'invention concerne une installation pour la ventilation de logements collectifs. [002] L'invention est destinée notamment, mais non exclusivement, à des immeubles anciens. [3] De manière classique en soi, la ventilation des logements collectifs en s'effectue en acheminant de l'air provenant de l'extérieur dans chacun des logements et, parallèlement, en évacuant l'air pollué présent à l'intérieur des logements vers l'extérieur. Pour ce faire, il est répandu d'employer un système d'extraction d'air par ventilateur, avec contrôle des débits, désigné comme � Ventilation Mécanique Contrôlée � (V.M.C.). [4] La problématique rencontrée lors de la ventilation des logements collectifs est la déperdition énergétique à l'intérieur de ces derniers lors de l'évacuation de l'air pollué depuis chacun des logements vers l'extérieur. [5] Afin de résoudre cette problématique, il a été proposé dans la demande de brevet FR 2 893 393 un système de ventilation tentant d'améliorer l'échange thermique entre l'air l'extérieur et l'air évacué depuis le logement vers l'extérieur. [6] Pour ce faire, le système de ventilation comprend un échangeur thermique, un conduit d'alimentation d'air et un conduit d'évacuation d'air disposés traversant l'échangeur thermique et agencés dans celui-ci pour que le chemin de l'air du logement et le chemin de l'air extérieur se croisent, l'échange de chaleur entre l'air du logement et l'air extérieur s'effectuant à travers une paroi de chaque chemin. [007] Le gain énergétique obtenu avec le système de ventilation de la demande de brevet FR 2 893 393 reste cependant limité dans la mesure où celui- ci s'effectue au travers seulement de la paroi de chaque chemin. [008] Par ailleurs, l'arrangement croisé des canaux d'alimentation et d'évacuation d'air dans l'échangeur thermique conduit à un système de ventilation particulièrement encombrant. [009] De même, le système de ventilation de la demande précitée impose de prévoir un réseau de canalisations distinct de celui des trémies existantes des immeubles à ventiler compte tenu de l'exiguïté de ces dernières. [0010] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant une installation permettant la ventilation de logements avec des déperditions calorifiques réduites lors du remplacement de l'air pollué présent dans les logements par un air en provenance de l'extérieur. [0011] L'invention a également pour objet de proposer une installation d'encombrement optimum. [0012] L'invention a également pour objet de proposer une installation pouvant être implantée dans des trémies existantes des bâtiments comprenant les logements à ventiler. [0013] A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose une installation pour la ventilation de logements collectifs comprenant une pompe à chaleur, de type eau/eau, un conduit de ventilation, d'axe longitudinal AA, apte à être raccordé à la pompe à chaleur, le conduit de ventilation comprenant une conduite d'amenée d'air apte à alimenter en air les logements et une conduite de rejet d'air apte à évacuer l'air présent dans les logements collectifs, les conduites étant disposées en tout ou partie coaxialement l'une par rapport à l'autre et au moins deux échangeurs de chaleur disposés respectivement à l'intérieur de la conduite d'amenée d'air et de la conduite de rejet d'air. [0014] Ainsi, l'arrangement coaxial des conduites d'amenée et de rejet d'air permet de récupérer de manière passive l'énergie calorifique entre l'air en provenance des logements et l'air � neuf � venant de l'extérieur, diminuant ainsi les déperditions calorifiques présentes avec les systèmes de ventilation de l'art antérieur. Ce gain énergétique est en outre amélioré par la présence d'échangeurs de chaleur dans chacune des conduites du conduit de ventilation. [0015] De plus, l'arrangement coaxial des conduites d'amenée et de rejet d'air associé à la circulation à contre courant de l'air en provenance des logements et de l'air en provenance de l'extérieur permet l'obtention d' un préchauffage passif. [0016] Par ailleurs, le cheminement coaxial de l'air permet de réduire l'encombrement du conduit de ventilation, permettant une éventuelle implantation du conduit de ventilation dans des trémies ou conduits de ventilation déjà existants. [0017] Avantageusement, les conduites d'amenée et de rejet d'air comportent respectivement, en partie terminale, une branche d'entrée d'air et une branche de sortie d'air, les échangeurs thermiques étant disposés dans chacune desdites branches pour former des branches d'échange thermique. La disposition des échangeurs en partie terminale du conduit de ventilation (ie. sur une portion d'extrémité du conduit de ventilation) permet de bénéficier sur toute la longueur du conduit de ventilation de l'échange thermique passif s'effectuant de la conduite de rejet d'air vers la conduite d'amenée d'air. Par ailleurs, les échangeurs de chaleur, placés en bout du conduit de ventilation, sont alors disposés au niveau de la toiture de l'immeuble. D'accès plus aisé, leur raccordement à la pompe à chaleur ainsi que leur maintenance en sont alors facilités. [0018] Selon une première configuration de l'installation, les branches d'échange thermique sont écartées l'une de l'autre suivant un angle a compris entre 0 degré et 180 degrés, la valeur de l'écartement des branches d'échange thermique étant choisie en fonction du contexte urbain. [0019] Selon une deuxième configuration de l'installation, les branches d'échange thermiques sont agencées pour présenter respectivement un axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation. [0020] Avantageusement, les branches d'échange thermique sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation. [0021] Selon une autre configuration de l'installation, les branches d'échange thermique sont coaxiales. [0022] Avantageusement, les échangeurs de chaleur sont disposés de manière concentrique l'un par rapport à l'autre. [0023] Il peut être également prévu que les branches d'échange thermique soient mobiles en rotation autour d'un axe correspondant de préférence à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation. Ainsi, la partie terminale du conduit de ventilation formée des branches d'échange thermique tourne autour de l'axe AA du conduit de ventilation, permettant ainsi une mobilisation naturelle par les vents de l'air véhiculé. [0024] Avantageusement, l'installation comporte des moyens de prise d'air agencés sur une paroi extérieure de l'une au moins des branches d'échange thermique pour permettre le positionnement de l'ouverture du conduit d'amenée d'air par rotation des branches d'échange thermique autour de l'axe de ventilation. [0025] Avantageusement, les conduites d'amenée et de rejet d'air forment respectivement des conduites interne et externe du conduit de ventilation. Cet agencement permet de maîtriser les contaminations éventuellement présentes dans les trémies existantes de l'immeuble comprenant les logements à ventiler par le jeu de pressions différentes intervenant respectivement dans les conduites d'amenée et de rejet d'air, et le cas échéant l'évacuation des substances nocives vers l'extérieur par la conduite de sortie d'air et non vers l'intérieur des logements. [0026] Avantageusement, les échangeurs comportent des ailettes agencées pour définir une géométrie hélicoïdale. [0027] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre une vue schématique partielle de logements collectifs équipés d'une installation de ventilation selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente une vue de détail en perspective de l'installation de ventilation de la figure 1, - la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale partielle de l'installation de ventilation de la figure 2 ; - les figures 4a à 4f illustrent des exemples d'écartement entre les branches thermiques de l'installation de la figure 2 - la figure 5 représente une vue partielle en perspective d'une installation de ventilation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale partielle de l'installation de la figure 5 ; - la figure 7 représente une vue en coupe transversale du conduit de ventilation illustré sur la figure 1 ; et - la figure 8 représente une vue partielle en perspective d'une installation de ventilation selon un troisième mode de réalisation de l'invention. [0028] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. 5 [0029] En relation avec les figures 1 à 3 et 4a à 4f, il est décrit une installation 1 pour la ventilation de logements collectifs suivant un premier mode de réalisation. [0030] La figure 1 schématise en coupe verticale un immeuble 50 comportant sur plusieurs niveaux des logements 51 desservis par l'installation de ventilation 1 selon l'invention. [0031] L'installation de ventilation 1 comporte une pompe à chaleur à double flux, de type air/air 7, un ventilateur 8 et un conduit de ventilation 2 raccordé à la pompe à chaleur 7 et au ventilateur. [0032] L'acheminement de l'air depuis l'extérieur vers les logements 51 est effectué au moyen d'une première conduite 20 dite conduite d'amenée d'air tandis que l'évacuation de l'air pollué des logements 51 vers l'extérieur est effectuée au moyen d'une deuxième conduite 21 dite conduite de rejet d'air. Les conduites d'amenée et de rejet d'air 20, 21 forment le conduit de ventilation 2. [0033] Afin d'assurer la ventilation, les conduites d'amenée et de rejet d'air 20, 21 sont raccordées chacune à la pompe à chaleur double flux 7, de type air/air. Ce raccordement est réalisé par le biais de tubulures 3. L'agencement des tubulures 3 dans le conduit de ventilation 2 sera détaillé plus loin. [0034] Comme illustré sur la figure 1, la conduite d'amenée d'air 20 comporte à chaque niveau de l'immeuble 50 un branchement 4 desservant chacun des logements 51 en air provenant de l'extérieur. De même, la conduite de sortie d'air 21 comporte à chaque niveau de l'immeuble un branchement 9 pour l'expulsion d'air pollué du logement 51. [0035] Avantageusement, les conduites d'amenée et de rejet d'air 20, 21 sont disposées de manière coaxiale l'une par rapport à l'autre. Cela permet ainsi de bénéficier des échanges thermiques passifs entre la conduite d'amenée d'air 20 et la conduite de rejet d'air 21. Par ailleurs, la configuration coaxiale des conduites permet d'obtenir un conduit de ventilation 2 ayant un encombrement optimum tel qu'il puisse être implanté dans des colonnes de ventilation 5 existantes, comme illustré sur la figure 7. [0036] Avantageusement, les conduites d'amenée et de rejet d'air 20, 21 constituent respectivement les conduites interne et externe du conduit de ventilation. Ainsi, un tel agencement permet d'assurer l'évacuation de substances toxiques telles que l'amiante vers l'extérieur par la conduite de sortie d'air et non vers l'intérieur des logements lorsque le conduit de ventilation 2 est disposé dans une colonne de ventilation existante comme illustré sur la figure 7. [0037] Afin d'améliorer les échanges thermiques entre les conduites d'amenée et de rejet d'air 20, 21, ces dernières sont chacune équipées d'échangeurs de chaleur 6. Plus particulièrement, les échangeurs de chaleur 6 sont disposés à l'intérieur de chaque conduites 20, 21. Dans le mode de réalisation décrit, l'installation comporte deux échangeurs de chaleurs, chacun étant ménagé dans une conduite 20, 21 associée. [0038] Avantageusement, les échangeurs de chaleur 6 sont des échangeurs à ailettes hélicoïdales. Chaque échangeur 6 comprend des ailettes d'échanges 11 hélicoïdale entourées par une tubulure 3 en forme de serpentin. Un isolant 13 est disposé entre la paroi intérieure de la conduite 20A, 21A et la tubulure 3 de façon à isoler cette dernière de la paroi des conduite 20A, 21A. Chaque tubulure 3 est raccordée à la pompe à chaleur 7 (figure 2). Il peut être également prévu, selon une autre configuration, un échangeur de chaleur pourvu d'ailettes de forme droite disposées de manière hélicoïdale. [0039] La longueur des échangeurs de chaleur 6 est déterminée en fonction des besoins frigorifiques et calorifiques de l'immeuble 50 à ventiler. [00401 Avantageusement, les conduites d'amenée et de rejet d'air 20, 21 sont configurées pour former respectivement une branche d'entrée d'air 20A et une branche de sortie d'air 21A dans chacune desquelles les échangeurs thermiques 6 sont disposés. Les branches 20A et 21A définissent ainsi une partie terminale d'échange thermique du conduit de ventilation 2. [0041] Cet agencement a pour avantage d'améliorer le gain énergétique. En effet, l'installation des échangeurs de chaleur 6 au niveau de l'extrémité du conduit de ventilation 2 permet de bénéficier de manière optimale des échanges thermiques passifs s'opérant entre les conduites d'amenée d'air et de rejet d'air 20, 21, sur toute leur longueur. Par ailleurs, cela permet d'installer les échangeurs sur la toiture de l'immeuble à ventiler, rendant ainsi leur maintenance facilitée. Cela permet en outre de connecter l'installation de ventilation avec des éléments autres que la pompe de chaleur, comme par exemple des panneaux solaires. [0042] Dans le mode de réalisation décrit, les branches d'échange thermique 20A, 21A sont écartées l'une de l'autre selon un angle de 90 degrés. L'invention ne se limite bien entendu pas à une telle configuration, et il peut être prévu des écartements différents des branches 20A et 21A de la partie terminale 2A du conduit de ventilation 2 suivant l'environnement dans lequel la partie terminale 2A de l'installation se situe. [0043] Les figures 4a à 4d illustrent des exemples d'écartement entre les branches thermiques de l'installation 1. Sur ces figures, les branches d'entrée d'air et de sortie d'air sont représentées symétriques par rapport à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation 2 et de même longueur. Il peut bien entendu être prévu un conduit de ventilation 2 ayant une partie terminale 2A présentant des branches d'entrée d'air et de sortie non symétriques sans pour autant sortir de l'invention comme l'illustre la figure 8. De même, il peut être prévu une partie terminale 2A ayant des branches d'entrée d'air et de sortie d'air de dimensions différentes (figures 4e, 4f et 8). [0044] Les figures 4f, 5 et 6 représentent une vue schématique en perspective d'une installation de ventilation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, les deux branches 20A et 21A de la partie terminale 2 du conduit de ventilation sont disposées de manière coaxiale l'une par rapport à l'autre et les échangeurs de chaleur 6 disposés de manière concentrique l'un par rapport à l'autre. [0045] La figure 4e illustre un autre mode de réalisation selon lequel les branches d'échange thermique 20A, 21A sont arrangées de manière à présenter respectivement un axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation 2. [0046] Quel que soit l'agencement des branches 20A, 21 A l'une par rapport à l'autre, il peut être prévu, selon un mode de réalisation avantageux, que la partie terminale 2A du conduit de ventilation 2 soit montée mobile autour d'un axe de ventilation. Dans le mode de réalisation illustrée sur la figure 8, la partie terminale 2A du conduit de ventilation 2 est montée mobile autour d'un axe correspondant à l'axe longitudinal du conduit de ventilation. La branche 20A formant la zone d'entrée d'air de la conduite d'amenée d'air 20 présente une entrée d'air s'étendant dans un plan P sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation 2. La branche 21B formant la zone d'entrée d'air de la conduite d'amenée d'air 21 présente un écartement par rapport à l'axe longitudinal AA de l'ordre de 30 degrés. Afin de permettre la mise en rotation de la partie terminale sous l'action du flux d'air, la branche 21A de sortie d'air comporte sur sa face supérieure au moins une ailette. Cette dernière est agencée de manière à optimiser la prise du flux d'air. Il est bien entendu évident que l'invention ne se limite pas à une telle configuration, et que les moyens de prise d'air peuvent être prévus sur l'une ou l'autre ou les deux branches 20A , 21A. [0047] Dans le mode de réalisation décrit, le ventilateur 8 est disposé sous les échangeurs thermiques 6. II est bien entendu évident que le ventilateur 8 peut être prévu à d'autres emplacement sans pour autant sortir de l'invention. [0048] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Installation (1) pour la ventilation de logements collectifs (51) comprenant une pompe à chaleur (7), de type eau/eau, un conduit de ventilation (2), d'axe longitudinal AA, apte à être raccordé à la pompe à chaleur (7), le conduit de ventilation comprenant une conduite d'amenée d'air (20) apte à alimenter en air les logements (51) et une conduite de rejet d'air (21) apte à évacuer l'air présent dans les logements collectifs (51), les conduites (20, 21) étant disposées, en tout ou partie, coaxialement l'une par rapport à l'autre, et au moins deux échangeurs de chaleur (6) disposés respectivement à l'intérieur de la conduite d'amenée d'air (20) et de la conduite de rejet d'air (21). 2. Installation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conduites d'amenée et de rejet d'air (20, 21) comportent respectivement, en partie terminale, une branche d'entrée d'air (20A) et une branche de sortie d'air (21A), les échangeurs thermiques (6) étant disposés dans chacune desdites branches (20A, 21A) pour former des branches d'échange thermique. 3. Installation (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les branches d'échange thermique (20A, 21A) sont écartées l'une de l'autre suivant un angle a compris entre 0 degré et 180 degrés. 4. Installation (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les branches d'échange thermique (20A, 21A) sont agencées pour présenter respectivement un axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation (2). 5. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les branches d'échange thermique (20A, 21A) sontsymétriques par rapport à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation (2). 6. Installation (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les branches d'échange thermique (20A, 21A) sont coaxiales. 7. Installation (1) selon la revendication 1, 2 ou 6, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (6) sont disposés de manière concentrique l'un par rapport à l'autre. 8. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les branches d'échange thermique (20A, 21 A) sont mobiles en rotation autour d'un axe correspondant à l'axe longitudinal AA du conduit de ventilation (2). 9. Installation (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de prise d'air agencés sur une paroi extérieure de l'une au moins des branches d'échange thermique pour permettre le positionnement de l'ouverture du conduit d'amenée d'air par rotation des branches d'échange thermique autour de l'axe de ventilation. 10. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les conduites d'amenée et de rejet d'air (20, 21) forment respectivement des conduites interne et externe du conduit de ventilation (2). 11. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les échangeurs (6) comportent des ailettes agencées pour définir une géométrie hélicoïdale.25