Brevet FR2951248A1 — publié le 20110415

Caisson d'extraction d'air et procédé de contrôle du caisson Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un caisson d'extraction d'air comportant : au moins un orifice d'entrée d'un flux d'air à extraire, 10 un orifice de sortie du flux d'air, un ventilateur centrifuge entraîné par un moteur, ledit ventilateur centrifuge étant disposé entre l'orifice d'entrée et de sortie du flux d'air, et muni d'une zone de refoulement reliée à l'orifice de sortie, des moyens de refroidissement orientés vers ledit moteur. 15 État de la technique Les caissons de ventilation comportent classiquement, comme sur la figure 20 1, au moins un orifice d'entrée 1 et un orifice de sortie 2 d'un flux d'air dont l'écoulement est représenté par les flèches F1 et F2. Un ventilateur centrifuge 3 entraîné par un moteur 5 est disposé, entre l'orifice d'entrée 1 et de sortie 2, de sorte que l'air soit aspiré par l'orifice d'entrée 1 puis insufflé au travers de l'orifice de sortie 2 avec une pression prédéterminée procurant au 25 flux d'air une énergie cinétique suffisante pour être distribué ou extrait suivant le sens de montage du caisson. La ventilation de confort des bâtiments tertiaires ou des logements collectifs est encadrée par des règlements définissant les débits d'air hygiéniques. 30 Pour assurer cette ventilation de confort, les bâtiments tertiaires ou de logements collectifs sont classiquement dotés d'installations permettant5 l'extraction mécanique de l'air. Une telle installation comporte en général une ou plusieurs bouches d'extraction d'air, placées à l'intérieur du bâtiment, et reliées à l'orifice d'entrée du caisson d'extraction par l'intermédiaire d'un réseau de conduits. L'orifice 2 de sortie est relié, par exemple, à un conduit débouchant à l'extérieur du bâtiment. La sécurité incendie des bâtiments est encadrée par différents règlements précisant notamment les exigences liées aux caissons de ventilation. En cas d'incendies dans les bâtiments, les systèmes d'extractions doivent pouvoir évacuer les fumées, il s'agit de la ventilation de sécurité incendie. La ventilation de sécurité incendie a pour but d'éviter l'intoxication des personnes présentes dans les bâtiments et faciliter l'intervention des pompiers. Un problème récurrent est la résistance du moteur à de fortes températures lorsque ce dernier est utilisé pour extraire des fumées en cas d'incendie. En effet, l'air extrait peut rapidement atteindre des températures très élevées, supérieures à 400°C. Selon la conception du caisson, il est nécessaire d'utiliser des moyens de refroidissement pour assurer un fonctionnement optimal dans lors de l'incendie. Sur la figure 1, les moyens de refroidissement sont constitués de deux buses 4 de refroidissement formant une amenée d'air, lesdites buses étant orientées vers le moteur 5. Ces buses 4 permettent de relier l'environnement extérieur du caisson à l'intérieur du caisson. Ainsi, l'air environnant du caisson peut être aspiré à l'intérieur du caisson par l'intermédiaire des buses 4 de refroidissement en utilisant la dépression générée par le ventilateur 3 à l'intérieur du caisson. Le débit d'air de refroidissement fourni par les buses 4 de refroidissement est donc complètement dépendant du point de fonctionnement du caisson, c'est-à-dire que si la dépression est insuffisante, elle ne permettra pas de générer le débit d'air suffisant pour refroidir convenablement le moteur en cas d'incendie. De plus, en mode ventilation de confort, l'air extérieur environnant du caisson pénètre aussi dans le caisson, ce débit d'air superflu engendre une consommation électrique supplémentaire. Objet de l'invention Un objet de l'invention est de réaliser un caisson ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. 10 Ce but est atteint en ce que : l'espace interne du caisson est divisé en au moins un premier compartiment et un second compartiment séparés par le ventilateur centrifuge, l'orifice d'entrée du flux d'air débouchant dans le premier 15 compartiment réservé au passage du flux d'air, le moteur d'entraînement du ventilateur centrifuge est disposé dans le second compartiment et refroidi par un air de refroidissement distinct du flux d'air à extraire. 20 Un tel caisson présente l'avantage de limiter, en cas d'incendie, les effets de la chaleur de l'air extrait, et des fumées, sur le moteur. Selon un mode de réalisation, les moyens de refroidissement comportent au moins une ouverture d'entrée de l'air de refroidissement et au moins une 25 ouverture d'évacuation de l'air de refroidissement, lesdites ouvertures d'entrée et d'évacuation débouchant dans le second compartiment. Selon un perfectionnement, les moyens de refroidissement comportent au moins un ventilateur de refroidissement permettant le passage forcé de l'air 30 de refroidissement au travers du second compartiment.5 4 L'invention est aussi relative à un procédé de contrôle d'un caisson d'extraction d'air comportant: la détection d'un début d'incendie, la mise en route du ventilateur de refroidissement du caisson après détection d'un incendie. Description sommaire des dessins ~o D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : 15 La figure 1 représente un caisson de ventilation selon l'art antérieur. Les figures 2 et 3 représentent exemple de réalisation d'un caisson de ventilation à double compartiments. La figure 4 illustre schématiquement un ventilateur centrifuge. Les figures 5 à 7 illustrent un conduit utilisé dans le caisson selon une 20 variante pour relier le ventilateur à la sortie du caisson. La figure 8 illustre une turbine d'un ventilateur centrifuge. Description de modes préférentiels de réalisation 25 Comme illustré aux figures 2 et 3, le caisson d'extraction d'air comporte au moins un orifice d'entrée 1 d'un flux d'air et un orifice de sortie du flux d'air 2. En outre, le caisson comporte un ventilateur centrifuge 3, entraîné par un moteur 5, ledit ventilateur étant disposé entre l'orifice d'entrée 1 et de sortie 30 2 du flux d'air. Une zone de refoulement du ventilateur centrifuge est connectée à l'orifice de sortie 2 pour injecter le flux d'air se présentant à l'orifice d'entrée 1 du caisson au travers de l'orifice de sortie 2. La zone de refoulement correspond en fait à la sortie du ventilateur centrifuge 3. À titre d'exemple, un ventilateur centrifuge est illustré à la figure 4, il s'agit d'un ventilateur dans lequel l'air entre axialement et ressort radialement. De tels 5 ventilateurs peuvent comporter une turbine 11 intégrée dans une volute 12. Une turbine 11 est illustrée à titre d'exemple à la figure 8, elle peut être munie d'aubes et entraînée en rotation par un moteur à prise directe ou un moteur solidaire de la turbine par une courroie d'entraînement. Afin de pouvoir fonctionner en mode ventilation de sécurité incendie, le caisson est ~o muni de moyens de refroidissement du moteur 5 orientés vers ledit moteur 5. L'espace interne du caisson est alors divisé en au moins un premier compartiment 6a et un second compartiment 6b séparés par le ventilateur centrifuge 3. L'orifice d'entrée 1 du flux d'air débouche dans le premier compartiment 6a réservé au passage du flux d'air à extraire. Le moteur 5, 15 entraînant le ventilateur centrifuge 3, est disposé dans le second compartiment 6b hors du flux d'air. C'est-à-dire que le moteur 5 d'entraînement du ventilateur centrifuge 3 est refroidi par un air de refroidissement distinct du flux d'air à extraire. Le flux d'air à extraire et l'air de refroidissement sont alors isolés l'un de l'autre, chacun passant au 20 travers de son compartiment associé. Les moyens de refroidissement sont donc placés au niveau du second compartiment 6b. En effet, le placement du moteur 5 dans le second compartiment 6b permet de l'isoler du flux d'air passant par le caisson. En cas d'extraction d'air 25 chaud et/ou de fumées lors d'un incendie, le moteur 5 est moins impacté que dans les dispositifs de l'art antérieur où il est directement placé dans le flux d'air extrait. La combinaison des moyens de refroidissement avec le placement du moteur hors du flux d'air permet d'améliorer grandement la résistance dudit moteur 5 lors de l'extraction d'air au cours d'un incendie. 30 Afin d'améliorer le temps de fonctionnement du moteur 5, les moyens de refroidissement, placés au niveau du second compartiment 6b, peuvent comporter au moins une ouverture d'entrée 8, permettant de faire rentrer l'air environnant du caisson dans le second compartiment 6b, et au moins une ouverture d'évacuation 7 de l'air de refroidissement après son passage à proximité du moteur 5. Autrement dit, les ouvertures d'entrée 8 et d'évacuation 7 débouchent dans le second compartiment 6b pour permettre le déplacement de l'air à proximité du caisson dans ce dernier. Bien entendu, ceci laisse supposer que l'incendie ne s'est pas encore propagé au caisson et que l'air environnant du caisson est à une température inférieure à l'air qui est extrait par le caisson. Les ouvertures d'entrée 8 et d'évacuation 7 peuvent se présenter chacune sous la forme d'une pluralité d'ouïes réalisées dans le caisson comme sur les figures 2 et 3. L'ouverture d'entrée 8 est, de préférence, en vis-à-vis du moteur 5 pour permettre à l'air de refroidissement d'être orienté vers le moteur 5. Les moyens de refroidissement peuvent en outre comporter au moins un ventilateur de refroidissement 9 permettant le passage forcé de l'air de refroidissement au travers du second compartiment 6b, générant un débit d'air dans le second compartiment 6b. Sur la figure 2, le ventilateur de refroidissement 9 est, de manière non limitative, placé dans le second compartiment 6b du caisson contre l'ouverture d'entrée d'air 8 et permet de propulser l'air directement sur le moteur 5. Bien entendu, la personne du métier pourra modifier la position du ventilateur de refroidissement 9 en le positionnant, par exemple, contre l'ouverture d'entrée 8 à l'extérieur du caisson de sorte que le ventilateur de refroidissement 9 puisse insuffler de l'air au travers de cette ouverture 8 en direction du moteur 5. Le placement du ventilateur de refroidissement 9 à l'extérieur du caisson permet de changer ce dernier plus facilement en cas de dysfonctionnement, évitant ainsi de démonter tout le caisson et d'arrêter l'extraction d'air en cas d'intervention. Selon une variante de réalisation non représentée, le ventilateur de refroidissement 9 peut aussi être placé à l'intérieur du second compartiment 6b du caisson contre l'ouverture d'évacuation 7 de sorte qu'il puisse évacuer l'air présent dans le second compartiment 6b du caisson et l'expulser par l'ouverture d'évacuation 7, générant ainsi une dépression à l'intérieur du second compartiment 6b permettant à l'air environnant extérieur du caisson d'être aspiré par l'ouverture d'entrée 8 en direction du moteur 5. Bien entendu, selon cette variante, le ventilateur de refroidissement 9 peut aussi être placé contre l'ouverture d'évacuation 7 à l'extérieur du caisson de sorte que l'air contenu dans le second compartiment 6b soit aspiré au travers de l'ouverture d'évacuation 7, générant ainsi une dépression à l'intérieur du second compartiment 6b permettant à l'air environnant extérieur du caisson d'être aspiré par l'ouverture d'entrée en direction du moteur 5. Comme précédemment, le placement du ventilateur de refroidissement 9 à l'extérieur du caisson permet de changer ce dernier plus facilement en cas de disfonctionnement, évitant ainsi de démonter tout le caisson et d'arrêter l'extraction d'air en cas d'intervention. De préférence, le ventilateur de refroidissement 9 est placé dans un conduit de refroidissement 9a relié à l'amenée d'air 8 et disposé à l'intérieur du second compartiment 6b comme à la figure 2. Autrement dit, les moyens de refroidissement peuvent comporter au moins un ventilateur de refroidissement 9 permettant le passage forcé du flux d'air de refroidissement au travers du second compartiment 6b. Un ventilateur de refroidissement 9 peut être de type hélicoïde comme sur la figure 2. Il peut aussi se présenter sous la forme d'un ventilateur centrifuge, hélico-centrifuge, tangentiel, etc. En fonction des contraintes thermiques durant le fonctionnement en mode ventilation de sécurité incendie, il peut être utilisé plusieurs ventilateurs de refroidissement. De manière générale, il est aussi possible d'utiliser un ventilateur de refroidissement d'aspiration placé au niveau de l'ouverture d'entrée 8 en combinaison avec un ventilateur de refroidissement d'extraction placé au niveau de l'ouverture d'évacuation 7. Pour des raisons d'économies d'énergie, il est préférable d'utiliser le 1 o ventilateur de refroidissement 9 uniquement lors d'incendie et/ou lors d'une surchauffe du moteur 5. Ainsi, le caisson peut comporter des moyens de pilotage 10 de chaque ventilateur de refroidissement 9. Un incendie peut être détecté soit par mesure de la température de l'air 15 traversant le premier compartiment 6a, par exemple par un capteur de température représentatif de la température du flux d'air passant par le premier compartiment 6a et relié aux moyens de pilotage. Un tel capteur peut être disposé dans le premier compartiment 6a du caisson de ventilation. Les moyens de pilotage 10 du ventilateur de refroidissement 9 20 peuvent analyser la température et la comparer à un seuil critique, en dessous de ce seuil critique le ventilateur de refroidissement 9 n'est pas activé, et au-dessus de ce seuil le ventilateur de refroidissement 9 se met en route. 25 L'incendie peut aussi être détecté en reliant les moyens de pilotage 10 du ventilateur de refroidissement 9 à un système de détection d'incendie du bâtiment dans lequel le caisson est installé. Ainsi, un procédé de contrôle d'un caisson de ventilation muni d'un 3o ventilateur de refroidissement peut comporter une étape de mise en route du ventilateur de refroidissement si un incendie est détecté. La détection de l'incendie pouvant se faire soit par déclenchement d'une alarme incendie, soit par mesure d'une température représentative de la température de l'air extrait traversant le premier compartiment 6a par le capteur de température et par comparaison de la température mesurée par le capteur avec un seuil prédéterminé, l'incendie étant détecté si cette température mesurée dépasse un certain seuil critique de 70°C. Une surchauffe du moteur peut être détectée par la mesure, par une sonde de température, d'une température représentative de la température du moteur 5. La sonde peut être reliée aux moyens de pilotage 10 du ventilateur de refroidissement 9 qui analysent la température et la compare à un seuil critique, en dessous de ce seuil critique le ventilateur de refroidissement 9 n'est pas activé, et au-dessus de ce seuil le ventilateur de refroidissement 9 se met en route. Le seuil critique peut être déterminé en fonction du type de moteur 5 utilisé. Afin d'améliorer le rendement du caisson, le ventilateur centrifuge 3 peut comporter à sa sortie un conduit 13 (figure 2) raccordé d'une part à la zone de refoulement du ventilateur centrifuge, et d'autre part à l'orifice de sortie 2, la section du conduit 13 raccordée au ventilateur centrifuge étant inférieure à la section du conduit 13 raccordée à l'orifice de sortie. Cette forme de conduit 13 permet ainsi de canaliser l'air refoulé par le ventilateur, et de l'insuffler à la sortie du caisson. De préférence, le conduit 13 est relié hermétiquement à la zone de refoulement, qui est de dimensions inférieures à l'orifice de sortie 2, et à l'orifice de sortie 2 pour limiter les fuites d'air et par conséquence les pertes de charge au niveau du caisson. L'utilisation d'un tel conduit 13 dans un caisson de ventilation permet d'améliorer la consommation énergétique du caisson. En effet, la forme évasée du conduit 13 permet des gains de pression au niveau du caisson. Ainsi, pour une puissance de fonctionnement donnée, le caisson a un meilleur rendement 10 que les caissons de l'art antérieur. C'est-à-dire que pour un point de fonctionnement (Débit/Pression) prédéterminé, le caisson fonctionne avec une puissance moindre que ceux de l'art antérieur, limitant la surchauffe du moteur 5 en cas d'incendie. Le fonctionnement d'un caisson à une puissance inférieure permet aussi d'améliorer le niveau sonore résultant. Selon un développement, la zone de refoulement du ventilateur centrifuge 3, à laquelle est relié le conduit, a une section rectangulaire. Dès lors, comme illustré à la figure 5, le conduit 13 comporte quatre faces (14a, 14b, 14c, 14d), reliant la zone de refoulement à l'orifice de sortie 2. Une première face 14a et une seconde face 14b sont sensiblement parallèles l'une par rapport à l'autre (face du dessus et du dessous sur la figure 5), une troisième face 14c et une quatrième face 14d sont divergentes l'une par rapport à l'autre (faces latérales sur la figure 5). Ainsi, la hauteur h, de la section du conduit 13 au niveau du raccordement à la zone de refoulement peut être égale à la hauteur h2 de la section du conduit au niveau du raccordement avec l'orifice de sortie 2, alors que la largeur Il de la section du conduit 13 au niveau du raccordement à la zone de refoulement est inférieure à la largeur 12 de la section du conduit au niveau du raccordement avec l'orifice de sortie. Les flèches F3 et F4 illustrent le sens d'écoulement du flux d'air lorsque le conduit 13 est installé dans un caisson d'extraction. Selon une variante illustrée à la figure 6, la largeur Il de la section du conduit 13 au niveau du raccordement à la zone de refoulement peut être égale à la largeur 12 de la section du conduit 13 au niveau du raccordement avec l'orifice de sortie 2, alors que la hauteur h, de la section du conduit 13 au niveau du raccordement à la zone de refoulement est inférieure à la hauteur h2 de la section du conduit 13 au niveau du raccordement avec l'orifice de sortie 2. Autrement dit, les faces 14c et 14d sont sensiblement parallèles entre elles alors que les faces 14a et 14b sont divergentes l'une par rapport 11 à l'autre selon le sens d'écoulement du flux d'air illustré par les flèches F3 et F4. Selon une autre variante illustrée à la figure 7, la zone de refoulement du ventilateur 3 auquel est relié le conduit 13 a une section rectangulaire. Dès lors, le conduit comporte quatre faces 14a, 14b, 14c, 14d destinées à relier la zone de refoulement à l'orifice de sortie 2, lesdites faces étant deux à deux divergentes selon le sens d'écoulement du flux d'air illustré par les flèches F3 et F4. Ainsi, la hauteur h, et la largeur Il de la section du conduit 13 au niveau du raccordement à la zone de refoulement du ventilateur centrifuge 3 sont respectivement inférieures à la hauteur h2 et la largeur 12 de la section du conduit 13 au niveau du raccordement avec l'orifice de sortie 2. Bien entendu, tout type de section de la zone de refoulement peut être envisagé. Ainsi, dans le cas d'une section circulaire de la zone refoulement, le conduit forme un cône tronqué dont le diamètre de la section au niveau de la zone de refoulement est inférieur au diamètre de la section du conduit 13 au niveau de l'orifice de sortie 2. Selon le même principe tendant à réduire la perte de charge du volume de détente à l'entrée du caisson et donc de limiter une surconsommation du moteur du ventilateur pouvant entraîner une surchauffe, il est possible de guider l'air entre l'orifice d'entrée 1 du caisson et l'entrée du ventilateur grâce à une buse circulaire 15 d'amenée d'air disposée entre l'orifice d'entrée du caisson et l'entrée du ventilateur centrifuge 3. Une telle buse 15 peut par exemple prendre appui contre l'orifice d'entrée 1 le long d'une paroi interne du premier compartiment 6a du caisson, prendre appui contre l'entrée du ventilateur centrifuge ou encore prendre appui contre l'entrée du ventilateur centrifuge et contre l'orifice d'entrée 1 le long d'une paroi interne du premier compartiment 6a du caisson. Cette buse circulaire 15 est, de préférence, orientée vers l'entrée du ventilateur centrifuge 3. Selon un développement, la 12 buse circulaire 15 peut aussi se présenter sous la forme d'un cylindre reliant l'orifice d'entrée au ventilateur centrifuge de sorte à limiter au maximum les pertes de charge dans le premier compartiment 6a. Le caisson, et ses variantes telles que décrites ci-dessus, peut être utilisé dans une installation d'extraction d'air munie de conduites disposées entre une ou des bouches d'aspiration et une bouche de refoulement. En général, une bouche d'aspiration est disposée à un endroit stratégique à l'intérieur d'un bâtiment et la bouche de refoulement est placée à l'extérieur du bâtiment, par exemple sur le toit de ce bâtiment. Bien entendu, une installation peut comporter une pluralité de caissons permettant d'assurer les débits pour la ventilation de confort comme pour la sécurité incendie. Les avantages vis-à-vis des normes incendie d'un tel caisson sont indéniables, il permet en outre de limiter la puissance de fonctionnement du ventilateur centrifuge, agissant ainsi sur la consommation électrique du caisson tout en limitant sa surchauffe. 20 Revendications1. Caisson d'extraction d'air comportant : au moins un orifice d'entrée (1) d'un flux d'air à extraire, un orifice de sortie (2) du flux d'air, un ventilateur centrifuge (3) entraîné par un moteur (5), ledit ventilateur centrifuge (3) étant disposé entre l'orifice d'entrée (1) et de sortie (2) du flux d'air, et muni d'une zone de refoulement reliée à l'orifice de sortie (2), des moyens de refroidissement orientés vers ledit moteur (5), caractérisé en ce que l'espace interne du caisson est divisé en au moins un premier compartiment (6a) et un second compartiment (6b) séparés par le ventilateur centrifuge (3), l'orifice d'entrée (1) du flux d'air débouchant dans le premier compartiment (6a) réservé au passage du flux d'air à extraire, le moteur (5) d'entraînement du ventilateur centrifuge (3) est disposé dans le second compartiment (6b) et refroidi par un air de refroidissement distinct du flux d'air à extraire. 2. Caisson selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement comportent au moins une ouverture d'entrée (8) de l'air de refroidissement et au moins une ouverture d'évacuation (7) de l'air de refroidissement, lesdites ouvertures d'entrée (8) et d'évacuation (7) débouchant dans le second compartiment (6b). 3. Caisson selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement comportent au moins un ventilateur de refroidissement (9) permettant le passage forcé de l'air de refroidissement au travers du second compartiment (6b). 13 14 4. Caisson selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pilotage (10) de chaque ventilateur de refroidissement (9). 5. Caisson selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte une sonde de température représentative de la température du moteur (5), ladite sonde étant reliée aux moyens de pilotage (10) du ventilateur de refroidissement (9). 6. Caisson selon l'une des revendications 4 et 5 caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de température représentatif de la température du flux d'air passant par le premier compartiment (6a) du caisson, ledit capteur étant relié aux moyens de pilotage (10) du ventilateur de refroidissement (9). 7. Caisson selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que le ventilateur centrifuge (3) comporte à sa sortie un conduit (13) raccordé d'une part à la zone de refoulement du ventilateur centrifuge (3), et d'autre part à l'orifice de sortie (2), la section du conduit (13) raccordée au ventilateur centrifuge (3) étant inférieure à la section du conduit (13) raccordée à l'orifice de sortie (2). 8. Caisson selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une buse circulaire (15) d'amenée du flux d'air est placée dans le premier compartiment (6a) entre l'orifice d'entrée (1) du flux d'air et une entrée du ventilateur centrifuge (3). 9. Procédé de contrôle d'un caisson d'extraction d'air selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : - on détecte un incendie, on active le ventilateur de refroidissement après détection de l'incendie.