Brevet FR3022615A1 — publié le 20151225

SYSTEME ET METHODE DE REGULATION DE TEMPERATURE ET D'EPURATION DE L'AIR AMBIANT DANS UN BATIMENT La présente invention concerne un système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment, ainsi qu'une méthode de pilotage d'un tel système. L'air ambiant dans un bâtiment est soumis à des pollutions spécifiques émanant de nombreuses sources de polluants. Les dispositions relatives à la performance énergétique des bâtiments, selon la Directive 2010/31/UE du Parlement européen et du Conseil du 19 mai 2010, imposent de prendre des mesures pour assurer la performance énergétique des bâtiments. Une des conséquences est la construction de bâtiments de plus en plus étanches à l'air, pour lesquels le renouvellement de l'air peut ne pas suffire à garantir un air ambiant sain, en particulier en présence de sources émettant des polluants. La qualité de l'air est un enjeu de santé publique nécessitant l'emploi d'épurateurs d'air. Il est connu de traiter la pollution par ventilation. Le débit de ventilation et/ou d'extraction de l'air ambiant pollué est adapté en fonction de la concentration en polluant. La dépollution est assurée par le renouvellement de l'air et/ou l'extraction de l'air pollué, de sorte que les polluants ne sont pas éliminés. La concentration en polluants diminue suite à l'apport d'air neuf. Pour éliminer les polluants, il est connu d'équiper les centrales de traitement de l'air de filtres à particules qui retiennent la poussière de l'air neuf de renouvellement, et le cas échéant de l'air recyclé. D'autres centrales connues sont équipées de systèmes de dépollution prévus pour éliminer les polluants chimiques ou biologiques, par exemple des systèmes utilisant le plasma froid, la combinaison de l'absorption sur charbon actif et de la photocatalyse, ou la combinaison du plasma froid et de la photocatalyse. Par ailleurs, le traitement de la pollution par ventilation est indépendant de la régulation de la température de l'air ambiant, qui est assurée par un système supplémentaire, par exemple un ventilo-convecteur ou une pompe à chaleur. Dans les systèmes connus, le traitement de la pollution par filtration ou épuration est indépendant du problème du contrôle de la température de l'air ambiant, qu'il est nécessaire de réguler par ailleurs. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un système combiné de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment. 3022615 2 A cet effet, l'invention a pour objet un système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment, comprenant : au moins un émetteur thermique comprenant des moyens de mise en mouvement de l'air ambiant et des moyens d'échange thermique entre l'air 5 ambiant et un circuit de fluide caloporteur, une vanne de réglage du débit du fluide caloporteur, des moyens de mesure de la température de l'air ambiant, un dispositif d'épuration de l'air ambiant, des moyens de détection de la concentration d'au moins un polluant dans l'air, 10 une unité de pilotage apte à contrôler l'activation des moyens de mise en mouvement de l'air ambiant, de la vanne et du dispositif d'épuration en fonction de la température de l'air ambiant et de la concentration en polluant dans l'air ambiant. Grâce à l'invention, le système permet d'assurer à la fois le confort thermique et 15 de maîtriser la pollution, en fonction du besoin thermique et de la concentration limite en polluant. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel système peut inclure une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : 20 - L'intensité du dispositif d'épuration de l'air ambiant est fonction de l'intensité des moyens de mise en mouvement de l'air ambiant. - Le dispositif d'épuration inclut un filtre à particules apte à retenir des polluants particulaires. - Le dispositif d'épuration inclut au moins un module d'épuration apte à traiter des 25 polluants chimiques ou biologiques. - L'émetteur thermique est un ventilo-convecteur incluant un groupe moto-ventilateur. Un autre aspect de l'invention concerne une méthode de pilotage d'un tel système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment, 30 caractérisée en ce qu'elle comprend des étapes dans lesquelles : a) l'unité de pilotage règle l'ouverture de la vanne et l'intensité des moyens de mise en mouvement de l'air ambiant en fonction du résultat de la comparaison entre la température ambiante et une température de consigne, b) l'unité de pilotage commande l'activation du dispositif d'épuration en fonction 35 du résultat de la comparaison entre la concentration en polluant dans l'air ambiant et une concentration limite. 3022615 3 Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle méthode peut inclure une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Les étapes a) et b) sont successives. 5 - Lorsque la concentration en polluant dans l'air ambiant est supérieure à une concentration limite, l'unité de pilotage active le dispositif d'épuration pendant une durée prédéterminée. - L'émetteur thermique est un ventilo-convecteur incluant un groupe moto-ventilateur, et l'unité de pilotage est apte à régler l'intensité du groupe moto-ventilateur 10 selon plusieurs vitesses croissantes qui représentent un pourcentage paramétrable de la vitesse maximale de rotation des moyens de mise en mouvement de l'air ambiant. - L'unité de pilotage est apte à moduler le taux d'ouverture de la vanne selon plusieurs taux croissants de l'ouverture de la vanne, qui représentent un pourcentage paramétrable de l'ouverture maximale de la vanne. 15 L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects de celle-ci seront mieux compris à la lumière de la description qui va suivre d'un système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment, ainsi que d'une méthode de pilotage d'un tel système conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 la figure 1 est un schéma d'un système de régulation conforme à l'invention ; la figure 2 est un schéma bloc d'une méthode de pilotage du système de la figure 1 ; la figure 3 est un graphique montrant l'évolution de la vitesse de rotation d'un ventilateur du système, en fonction des besoins en énergie thermique. 25 Le système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment B conforme à la présente invention est représenté à la figure 1 et comprend au moins un émetteur thermique 10 apte à réguler la température de l'air ambiant, c'est-à-dire à réchauffer ou rafraîchir l'air. Par exemple, il peut s'agir d'un ventilo-convecteur incluant des moyens de mise en mouvement 11 de l'air ambiant, par exemple un groupe 30 moto-ventilateur comprenant un moteur 111 actionnant un ventilateur 112 apte à faire circuler l'air contre des moyens d'échange thermique 12 air/eau entre l'air ambiant et un circuit de fluide caloporteur 13, par exemple une ou plusieurs batteries d'échange. Le fluide caloporteur est apte à être chauffé et/ou rafraîchi par une unité de chauffage et/ou de rafraîchissement 14, par exemple une pompe à chaleur, notamment une pompe à 35 chaleur réversible. Le fluide caloporteur peut être de l'eau, éventuellement additivée. 3022615 4 Lorsque le groupe moto-ventilateur 11 est activé, l'air ambiant est aspiré au contact de la batterie d'échange 12 ce qui augmente ou diminue la température de l'air ambiant, selon que la pompe à chaleur 14 fonctionne en mode chauffage et/ou rafraîchissement. L'air est ensuite diffusé dans le bâtiment B au travers d'un organe de 5 diffusion 15. Le groupe moto-ventilateur 11 peut fonctionner avec plusieurs vitesses de rotation, par exemple trois vitesses de rotation, à savoir une première vitesse basse V1 limitant les nuisances acoustiques, une deuxième vitesse ou vitesse moyenne V2 assurant un niveau de confort thermique moyen tout en limitant la gêne acoustique, et une troisième vitesse 10 ou vitesse haute V3 pour conditionner la pièce en température très rapidement, au détriment du confort acoustique. Les vitesses V1, V2 et V3 sont croissantes et non nulles, et représentent un pourcentage paramétrable de la vitesse maximale de rotation du ventilateur 112. On note VO une vitesse nulle du ventilateur 112. 15 Le ventilateur 112 a pour fonction de forcer le mouvement de l'air ambiant dans l'émetteur thermique 10, et n'assure pas le renouvellement de l'air ambiant, appelé selon l'usage « ventilation ». En variante, le ventilo-convecteur 10 est remplacé par une unité intérieure de climatisation. 20 Un dispositif d'épuration de l'air ambiant 20 est incorporé au système. Par exemple, il peut s'agir d'un filtre à particules apte à retenir des polluants particulaires. En variante, il peut s'agir d'un module d'épuration apte à traiter des polluants chimiques et/ou biologiques, ou d'une combinaison de plusieurs de ces dispositifs d'épuration. Par exemple, les polluants chimiques et/ou biologiques peuvent être éliminés par un système 25 utilisant le plasma froid, ou la combinaison de l'adsorption sur charbon actif et la photocatalyse. En variante, il peut s'agir d'un système utilisant la combinaison du plasma froid et de la photocatalyse. Des moyens de mesure de la concentration en polluant dans l'air ambiant incluent au moins un capteur de pollution 30 mesurant une concentration P de polluant spécifique, 30 par exemple la concentration en particules lorsqu'il s'agit d'un capteur particulaire, la concentration en composé chimique, notamment le formaldéhyde benzène ou un styrène lorsqu'il s'agit d'un capteur chimique, ou un polluant microbiologique, tel qu'un virus, un champignon ou une bactérie, lorsqu'il s'agit d'un capteur biologique. Une unité de pilotage 50 est apte à contrôler l'émetteur thermique 10 en fonction 35 de la différence de température entre une température de consigne Tc programmée dans une mémoire de l'unité de pilotage 50, et la température T de l'air ambiant, mesurée par 3022615 5 des moyens de mesure de la température de l'air ambiant, par exemple un capteur de température 40. L'unité de pilotage 50 est également apte à piloter le dispositif d'épuration 20, en fonction de l'écart entre la concentration en polluant P et une concentration limite en 5 polluant Pc, programmée dans la mémoire de l'unité de pilotage 50. Le besoin en énergie thermique du bâtiment B est proportionnel au débit du fluide caloporteur 13 de l'émetteur thermique 10. Une vanne 60 de réglage du débit est piloté par l'unité de pilotage 50, en fonction de l'écart entre les températures Tc et T, pour assurer le chauffage ou le rafraichissement de l'air ambiant. 10 L'intensité du dispositif d'épuration 20 de l'air ambiant est fonction de l'intensité du ventilateur 112. En effet, plus la vitesse du ventilateur 112 est élevée et plus le volume d'air traité par le dispositif d'épuration 20 est important. La suite de la description concerne une méthode de pilotage du système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans le bâtiment B, représentée 15 à la figure 1. Il s'agit d'un pilotage multicritères permettant d'assurer le confort thermique et de maîtriser la pollution en fonction du besoin thermique et de la concentration limite en polluant Pc. Dans une première étape 1, l'unité de pilotage 50 compare la température ambiante Ta du bâtiment avec la température de consigne Tc. 20 Dans une deuxième étape 2 et lorsque la température ambiante T est différente de la température de consigne Tc, alors l'unité de pilotage 50 actionne la vanne 60 pour régler le débit du fluide caloporteur 13. Dans cette étape 2, l'unité de pilotage module le taux d'ouverture M de la vanne 60 en fonction de l'écart entre la température ambiante T et la température de consigne 25 Tc. La vanne 60 est ouverte au maximum lorsque le besoin en énergie thermique est très important, et elle est partiellement ouverte, voire fermée, lorsque le besoin est faible ou nul. Le graphique de la figure 3 montre l'évolution de la vitesse V du ventilateur, en tr/min, en fonction du taux d'ouverture M de la vanne 60, exprimé en pourcentage. On note MO, Ml, M2, M3 et M4 cinq taux croissants de l'ouverture M de la vanne 30 60, qui représentent un pourcentage paramétrable de l'ouverture maximale. Les taux MO à M4 sont proportionnels à des niveaux du besoin en énergie thermique du bâtiment B. Les niveaux MO à M4 sont respectivement égaux à 0% et 100%. Par exemple, le taux M1 est égal à 25%, M2 à 50% et M3 à 75%. La courbe C1, représentée en trait pointillé entre les points A et D, correspond à 35 l'ouverture progressive de la vanne 60, lorsqu'un apport d'énergie thermique chaude ou 3022615 6 froide est nécessaire pour chauffer ou rafraîchir l'air ambiant du bâtiment B, selon que le système fonctionne en mode chauffage ou rafraichissement. Soit A un premier point de fonctionnement, pour lequel la vitesse V du ventilateur 112 est égale à VO et le taux d'ouverture de la vanne est égal au taux M1. Lorsque le taux 5 d'ouverture M de la vanne 60 dépasse le taux M1, l'unité de pilotage 50 pilote le ventilateur pour qu'il passe en vitesse basse V1, à un deuxième point de fonctionnement B, afin d'assurer le confort thermique tout en limitant la gêne acoustique. Tant que le taux d'ouverture M de la vanne 60 est compris entre M1 et M3, le ventilateur 112 reste en vitesse basse V1. 10 Lorsque le taux d'ouverture M de la vanne 60 dépasse M3, le ventilateur 112 passe en vitesse moyenne V2, comme représenté au point de fonctionnement C. Tant que le taux d'ouverture M de la vanne est compris entre M3 et M4, le ventilateur 112 reste en vitesse moyenne V2. Dès qu'il est nécessaire d'apporter un supplément d'énergie thermique, le 15 ventilateur 112 passe en vitesse haute V3, comme représenté au point de fonctionnement D. La courbe C2, représentée en trait fort entre les points D et G, correspond à la fermeture progressive de la vanne 60, dans le cas d'un surplus d'énergie thermique dans le bâtiment B, c'est-à-dire lorsque l'air est trop chaud par rapport à la température de 20 consigne Tc et que l'installation fonctionne en mode chauffage, ou lorsque l'air est trop froid par rapport à la température de consigne Tc et que l'installation fonctionne en mode rafraîchissement. Au point de fonctionnement D et tant que le taux d'ouverture M de la vanne 60 reste compris entre M3 et M4, le ventilateur 112 reste en vitesse haute V3. 25 Dès que le taux d'ouverture M passe en dessous de M3, l'unité de pilotage 50 pilote le ventilateur 112 pour qu'il passe en vitesse moyenne V2, à un point de fonctionnement E dont les paramètres sont identiques à ceux du point de fonctionnement C. Tant que le taux d'ouverture M de la vanne 60 est compris entre M2 et M3, le 30 ventilateur 112 reste en vitesse moyenne V2. Lorsque le taux d'ouverture M de la vanne 60 passe en dessous de M2, le ventilateur 112 passe en vitesse basse V1, comme représenté au point de fonctionnement F. Tant que le taux d'ouverture M de la vanne 60 est compris entre MO et M1, le ventilateur 112 reste en vitesse basse V1. 35 Lorsque le surplus d'énergie thermique s'annule, la vanne 60 passe au taux d'ouverture MO. 3022615 7 Au terme des étapes 1 et 2, le taux d'ouverture M de la vanne 60 est réglé en adéquation avec les besoins en chauffage ou rafraichissement du bâtiment B. La suite de la méthode permet de régler l'intensité du dispositif d'épuration en fonction de la concentration en polluant P. 5 Dans une troisième étape 3 successive aux étapes 1 et 2, l'unité de pilotage 50 compare le niveau de pollution P avec la concentration limite en polluant Pc. Lorsque la concentration en polluant P est inférieure à la concentration limite Pc, l'unité de pilotage 50 active à nouveau la première étape 1 sans agir sur l'état du dispositif d'épuration 20. 10 Lorsque le niveau de pollution P est supérieur à la concentration limite Pc, l'unité de commande 50 active une quatrième étape 4. Dans la quatrième étape 4, lorsque le dispositif d'épuration 20 est inactif, l'unité de pilotage 50 active une cinquième étape 5 dans laquelle l'unité de pilotage 50 active le dispositif d'épuration 20 pendant une première durée prédéterminée D1, par exemple 3 15 min. Ainsi, la concentration P diminue, ce qui améliore la qualité de l'air. Une sixième étape 6 est activée lorsque, dans la quatrième étape 4, le dispositif d'épuration 20 est actif. La sixième étape est également activée à la fin de la durée d'activation D1 du dispositif d'épuration, à la fin de la cinquième étape 5. Dans la sixième étape 6, l'unité de pilotage 50 compare la vitesse V du ventilateur 20 112 avec la vitesse moyenne V2. Lorsque la vitesse V est inférieure à la vitesse moyenne V2, une septième étape 7 est activée, dans laquelle l'unité de pilotage 50 active la vitesse moyenne V2 du ventilateur 112 pendant une deuxième durée prédéterminée D2, par exemple 3 min. Lorsque la vitesse V est supérieure ou égale à la vitesse moyenne V2, l'unité de pilotage 50 ne modifie pas la vitesse V. 25 Au terme des étapes 1 à 7, l'unité de pilotage 50 active à nouveau la première étape 1. Les étapes 1 à 7 sont répétées en boucle. En variante, le ventilo-convecteur 10 est remplacé par une unité intérieure de climatisation. Dans le cadre de l'invention, les différentes variantes peuvent être combinées 30 entre elles. REVENDICATIONS1.- Système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment (B), comprenant : au moins un émetteur thermique (10) comprenant des moyens de mise en mouvement (112) de l'air ambiant et des moyens d'échange thermique (12) entre l'air ambiant et un circuit de fluide caloporteur (13), une vanne (60) de réglage du débit du fluide caloporteur (13), des moyens de mesure (40) de la température (T) de l'air ambiant, un dispositif d'épuration (20) de l'air ambiant, des moyens de détection (30) de la concentration (P) d'au moins un polluant dans l'air, une unité de pilotage (50) apte à contrôler l'activation des moyens de mise en mouvement (112) de l'air ambiant, de la vanne (60) et du dispositif d'épuration (20) en fonction de la température (T) de l'air ambiant et de la concentration (P) en polluant dans l'air ambiant. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité du dispositif d'épuration (20) de l'air ambiant est fonction de l'intensité des moyens de mise en mouvement (112) de l'air ambiant. 3.- Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'épuration (20) inclut un filtre à particules apte à retenir des polluants particulaires. 4.- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'épuration (20) inclut au moins un module d'épuration apte à traiter des polluants chimiques ou biologiques. 5.- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur thermique (10) est un ventilo-convecteur incluant un groupe moto-ventilateur. 6.- Méthode de pilotage d'un système de régulation de température et d'épuration de l'air ambiant dans un bâtiment selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des étapes dans lesquelles : 3022615 9 a) l'unité de pilotage (50) règle (2) l'ouverture de la vanne (60) et l'intensité des moyens de mise en mouvement (112) de l'air ambiant en fonction du résultat de la comparaison (1) entre la température ambiante (T) et une température de consigne (Tc), b) l'unité de pilotage (50) commande (5) l'activation du dispositif d'épuration (20) 5 en fonction du résultat de la comparaison (3) entre la concentration en polluant (P) dans l'air ambiant et une concentration limite (Pc). 7.- Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que les étapes a) et b) sont successives. 10 8.- Méthode selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que lorsque la concentration en polluant (P) dans l'air ambiant est supérieure à une concentration limite (Pc), l'unité de pilotage (50) active le dispositif d'épuration (20) pendant une durée prédéterminée (D1). 15 9.- Méthode selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que l'émetteur thermique (10) est un ventilo-convecteur incluant un groupe moto-ventilateur et en ce que l'unité de pilotage (50) est apte à régler l'intensité du groupe moto-ventilateur selon plusieurs vitesses (VO, V1, V2, V3) croissantes qui représentent un pourcentage 20 paramétrable de la vitesse maximale de rotation des moyens de mise en mouvement (112) de l'air ambiant. 10.- Méthode selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que l'unité de pilotage (50) est apte à moduler le taux d'ouverture (M) de la vanne (60) selon 25 plusieurs taux (M0-M4) croissants de l'ouverture (M) de la vanne, qui représentent un pourcentage paramétrable de l'ouverture maximale de la vanne (60).