Brevet FR3004519A1 — publié le 20141017

L'invention concerne un extracteur pour un système de ventilation mécanique. Les systèmes de ventilation mécanique installés par exemple dans des immeubles collectifs d'habitation comportent un caisson dans lequel est logé un ventilateur destiné à fonctionner de manière permanente et auquel sont reliées, par des conduits, des bouches d'aspiration situées dans des toilettes, la cuisine, la salle de bain etc. pour en extraire l'air porteur d'humidité ou de mauvaises odeurs. La consommation d'énergie électrique d'un tel système, et plus précisément de l'extracteur, est déterminée d'une part par l'énergie dont a besoin le ventilateur pour engendrer le débit d'air demandé et d'autre part par la perte de charge engendrée par les voies d'extraction. En effet, pour un ventilateur considéré isolément, le débit d'air est directement proportionnel à la vitesse de rotation du ventilateur. En même temps, la pression d'air disponible à la sortie du ventilateur est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du ventilateur. Et, enfin, la puissance dont le ventilateur a besoin pour engendrer le débit d'air demandé est proportionnelle à la troisième puissance de la vitesse de rotation du ventilateur. Mais lorsque le ventilateur est logé dans un caisson et relié à l'environnement, dont il doit extraire l'air, par des conduits et des bouches d'aspiration, le ventilateur doit surmonter la résistance que lui opposent les conduits et les bouches d'aspiration, les cas échéant augmentée par un encrassement de ces derniers ou une variation de l'ouverture d'un registre. Ainsi, afin de pouvoir adapter le fonctionnement du système de ventilation mécanique au besoin variable de la ventilation, on peut utiliser des ventilateurs ayant des courbes de pression dites « montantes », c'est-à-dire la pression disponible du ventilateur augmente au fur et à mesure que le débit du ventilateur augmente (voir Figure 1). Toutefois, afin qu'un ventilateur puisse fonctionner avec une courbe montante, il faut mettre en oeuvre des solutions techniques complexes. En effet, il faut pouvoir mesurer en permanence le débit du ventilateur et, pour un débit donné, pouvoir réguler sur une pression souhaitée. Ces solutions techniques nécessitent donc l'utilisation de ventilateurs à vitesses pilotables associés à des systèmes de régulation complexes. Une autre solution, qui permet de réduire à la fois la consommation d'énergie et le niveau sonore et de vibrations, consiste à utiliser par exemple des ventilateurs ayant des courbes de pression dites « constantes », c'est-à-dire la pression disponible du ventilateur reste constante sur toute la plage de valeurs de débits d'air pour laquelle le ventilateur est conçu (voir Figure 2). Cependant, cette solution ne présente pas toujours les performances escomptées, puisqu'une augmentation du débit du ventilateur ne peut être obtenue que par une augmentation de la vitesse du ventilateur qui - par contre - entraîne une augmentation de la pression de l'air. Mais pour maintenir la pression constante, il faut réduire la vitesse de rotation du ventilateur et en conséquence le débit d'air, comme cela est représenté sur la figure 3. La figure 3 est un diagramme réunissant une courbe A de fonctionnement d'un ventilateur à vitesse maximale de rotation, des courbes B et C de fonctionnement d'un extracteur équipé dudit ventilateur, le ventilateur tournant respectivement à vitesse maximale (courbe B) et à une vitesse réduite (courbe C) et une courbe D de fonctionnement de l'extracteur en fonctionnement à pression constante. Lorsque l'extracteur ne subit pas de pertes de charge notables, le point de fonctionnement de l'extracteur est au point 3 ; et lorsque les pertes de charge augmentent, par exemple suite à la fermeture d'un registre ou d'un encrassement d'un filtre, le point de fonctionnement passe au point 2. Mais puisque l'extracteur fonctionne à pression constante, le point de fonctionnement est ramené du point 2 au point 1 en réduisant la vitesse de rotation du ventilateur et, par conséquence, en réduisant le débit d'air. Pour certains cas d'installation de ventilation, ni l'une ni l'autre de ces deux solutions n'est bien adaptée. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. Le but de l'invention est atteint avec un extracteur pour un système de ventilation mécanique, l'extracteur comprenant un ventilateur logé dans un caisson de ventilation, un régulateur de la vitesse de rotation du ventilateur, des moyens pour mesurer une pression à l'intérieur du caisson de ventilation, des moyens de consigne adaptés pour stocker au moins deux valeurs différentes de consigne relatives au fonctionnement du ventilateur, chaque valeur de consigne étant attribuée à une plage différente prédéterminée de valeurs de débits d'air. L'extracteur selon l'invention utilise donc un ventilateur ayant une courbe dite « à échelons », par exemple une courbe à échelons de pressions constantes ou une courbe à échelons de vitesses de rotation. En effet, selon le premier exemple, l'extracteur selon l'invention ne présente pas une pression constante unique pour toute la plage de valeurs de débit d'air que la ventilation mécanique doit avoir pour une installation donnée, mais en présente au moins deux, chaque pression constante étant attribuée à une partie de la plage de valeurs de débit d'air du système. Et selon le second exemple, l'extracteur selon l'invention fonctionne à deux ou davantage de vitesses différentes, chaque vitesse étant attribuée à une partie de la plage de valeurs de débit d'air. Cette solution est plus performante que la solution « pression constante » et plus simple à mettre en oeuvre que la solution « pression montante ». De plus, cette solution est particulièrement bien adaptée à des cas d'installation de ventilation mécanique où les débits de ventilation peuvent fluctuer de manière importante en fonction de l'occupation des pièces ou espaces, par exemple en fonction du taux d'humidité ou du taux de CO2 mesuré dans les pièces ou espaces. En effet, pour une configuration de logement donnée, le calcul de dimensionnement de la ventilation permet de déterminer d'une part le débit minimal Qmin et la pression minimale Pmin de l'extracteur et d'autre part le débit maximal Qmax et la pression maximale Pmax de l'extracteur. La plage de valeurs entre le débit minimal et le débit maximal, et la différence entre les pressions correspondantes, est divisée en deux ou davantage de zones de fonctionnement de largeurs non nécessairement égales. L'extracteur selon la présente invention peut avoir aussi au moins une des caractéristiques supplémentaires suivantes, considérées isolément ou selon toute combinaison techniquement possible : - l'extracteur comprend des moyens de changement permettant de faire changer le régulateur de vitesse d'une valeur de pression constante de consigne à une autre en fonction du débit d'air demandé ; - l'extracteur comprend des moyens de changement permettant de faire changer le régulateur de vitesse d'une vitesse de rotation à une autre ; - les moyens de changement sont constitués par un depressostat adapté pour faire basculer le régulateur de vitesse entre deux valeurs de pression constante de consigne ; - le régulateur de vitesse comprend un variateur de fréquence pour adapter la vitesse de rotation du ventilateur ; - le régulateur de vitesse comprend un générateur de signal de commande pilotant la vitesse de rotation du ventilateur, l'amplitude du signal de commande étant déterminée en fonction de l'écart entre la pression mesurée dans l'extracteur et la valeur de pression constante de consigne ; - l'extracteur comprend des moyens de réglage adaptés pour régler les valeurs de débit d'air délimitant les différentes plages prédéterminées de valeurs de débits d'air auxquelles sont attribuées les valeurs de pression constante de consigne. D'autres caractéristiques et avantages de l'extracteur selon la présente invention ressortiront de la description ci-après de deux modes de réalisation de l'invention à l'aide des courbes représentées sur les figures suivantes annexées : Figure 1 : fonctionnement d'un système de ventilation mécanique à pression croissante, Figure 2 : fonctionnement d'un système de ventilation mécanique à pression constante, Figure 3 : régulation d'un système de ventilation mécanique à pression constante, Figure 4 : fonctionnement d'un système de ventilation mécanique à échelons de pressions constantes, Figure 5 : hystérésis d'un depressostat, Figure 6 : fonctionnement d'un système de ventilation mécanique à deux vitesses différentes sans application de la présente invention et Figure 7 : fonctionnement d'un système de ventilation mécanique à deux vitesses différentes avec application de la présente invention. Lorsque l'extracteur doit présenter, par exemple, deux zones de fonctionnement comme représenté sur la Figure 4, à savoir une première zone pour les petits débits et une seconde zone pour les grands débits, il faut définir un point de basculement où a lieu le passage de la première zone à la seconde zone et vice versa. A l'intérieur de chacune de ces deux zones, la pression disponible de l'extracteur est constante. Le passage d'une zone à l'autre est effectué à l'aide d'un depressostat réglé au moment de l'installation du système de ventilation mécanique. La figure 4 représente deux exemples, à savoir un premier exemple selon lequel la pression est maintenue constante à 20 Pa pour les petits débits et à 45 Pa pour les grands débits et un deuxième exemple selon lequel la pression est maintenue constante à 28 Pa pour les petits débits et à 38 Pa pour les grands débits. Un troisième exemple est représenté sur la figure 5. Il concerne les cas où - pour un logement donné - le débit d'extraction a une valeur minimale de 980 m3/h et une valeur maximale de 2298 m3/h avec une pression respective minimale de 25 Pa et maximale 35 Pa et que la plage de débit est divisée en deux zones égales. Le basculement de la pression minimale à la pression maximale est choisi à la valeur moyenne entre le petit débit et le grand débit, à savoir à (Qmin+Qmax)/2 = 1640 m3/h. La pression constante de la zone de fonctionnement à petit débit est alors réglée à 25 Pa et la pression constante de la zone de fonctionnement à grand débit est réglée à 35 Pa. Compte tenu de l'hystérésis du depressostat et afin d'éviter les zones de pompage, le basculement de la pression minimale à la pression maximale ne se fait pas à la même valeur que le basculement de la pression maximale à la pression minimale, mais à des valeurs différentes comme le montre la Figure 5 : Le basculement à la pression maximale s'effectue à environ 1750 m3/h et le basculement à la pression minimale à environ 1500 m3/h. Le débit de l'extracteur est déterminé à l'aide d'un système de mesure de pression étalonné comprenant une sonde de pression ou un capteur de pression. Les pressions de consigne respectivement minimale et maximale sont réglées à l'aide de deux potentiomètres gradués agissant sur une boucle de régulation qui permet d'obtenir la pression de consigne respective en modifiant la vitesse de rotation du ventilateur. Cette modification peut être effectuée à l'aide d'un variateur de fréquence ou à l'aide d'un signal de commande variable par exemple entre 0 V et 10 V en fonction de l'écart entre la pression mesurée et la valeur de consigne. Une autre solution pour résoudre le problème énoncé plus haut est représentée par le second mode de réalisation de l'invention, à savoir par l'utilisation d'un ventilateur adapté pour fonctionner avec deux ou davantage de vitesses différentes. Dans ce cas, le ventilateur fonctionne avec l'une ou l'autre de ces vitesses en fonction de la gamme de débits prédéterminée à laquelle appartient le débit d'air demandé. Un depressostat - dont la mesure de pression est représentative du débit du ventilateur - fait basculer l'extracteur dans le cas d'une application de la première solution de la pression de consigne Pmin vers la pression de consigne Pmax et vice versa. Et dans le cas d'une application du second mode de réalisation, le pressostat fait basculer l'extracteur d'une vitesse de rotation à une autre par rapport au débit demandé. Pour ce second mode de réalisation, la figure 6 rappelle, sous la forme d'un diagramme, les caractéristiques pression/débit d'un ventilateur pour deux vitesses de rotation différentes, respectivement pour une petite vitesse (courbe E) et pour une grande vitesse (courbe F). Un sélecteur permet de choisir, dans une certaine limite, entre la petite vitesse de rotation et la grande pour obtenir un débit d'air demandé. En effet, certains grands débits d'air ne peuvent être obtenus qu'avec une grande vitesse de rotation du ventilateur. La figure 7 représente un diagramme d'un ventilateur avec deux vitesses de fonctionnement où chacune des deux vitesses est attribuée à une partie de la gamme de débits d'air prédéterminée. Selon l'exemple représenté, le ventilateur fonctionne à la petite vitesse de rotation le temps que le débit d'air demandé est inférieur à une limite prédéterminée (partie G de la courbe) et à la grande vitesse de rotation lorsque le débit demandé dépasse ladite limite (partie H de la courbe). Selon l'exemple représenté, le pressostat fait changer le ventilateur de la petite vitesse à la grande vitesse à un débit de 1.500 m3/h. REVENDICATIONS1. Extracteur pour un système de ventilation mécanique, l'extracteur comprenant un ventilateur logé dans un caisson de ventilation, un régulateur de la vitesse de rotation du ventilateur, des moyens pour mesurer une pression à l'intérieur du caisson de ventilation, des moyens de consigne adaptés pour stocker au moins deux valeurs différentes de consigne relatives au fonctionnemènt du ventilateur, chaque valeur de consigne étant attribuée à une plage différente prédéterminée de valeurs de débits d'air. 2. Extracteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de changement permettant de faire changer le régulateur de vitesse d'une valeur de pression constante de consigne à une autre en fonction du débit d'air demandé. 3. Extracteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de changement permettant de faire changer le régulateur de vitesse d'une vitesse de rotation à une autre. 4. Extracteur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de changement sont constitués par un depressostat adapté pour faire basculer le régulateur de vitesse entre deux valeurs de pression constante de consigne. 5. Extracteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le régulateur de vitesse comprend un variateur de fréquence pour adapter la vitesse de rotation du ventilateur. 6. Extracteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le régulateur de vitesse comprend un générateur de signal de commandepilotant la vitesse de rotation du ventilateur, l'amplitude du signal de commande étant déterminée en fonction de l'écart entre la pression mesurée dans l'extracteur et la valeur de pression constante de consigne. 7. Extracteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage adaptés pour régler les valeurs de débit d'air délimitant les différentes plages prédéterminées de valeurs de débits d'air auxquelles sont attribuées les valeurs de pression constante de consigne.