Brevet FR3032026A1 — publié le 20160729

- 1 - Domaine technique La présente invention concerne une installation de ventilation mécanique contrôlée de type double flux thermodynamique réversible et/ou échange statique pour la ventilation, le chauffage ou le rafraichissement de bâtiments, en particulier de maisons d'habitation. Technique antérieure Il est connu depuis longtemps qu'il est nécessaire de ventiler un bâtiment, par exemple une maison d'habitation, afin d'améliorer la conservation du bâtiment, l'évacuation des pollutions spécifiques liées à la présence des occupants, au bâtiment lui-même et aux matériels ou machines utilisés dans ce local. Par ailleurs, la maîtrise de cette ventilation est nécessaire pour limiter les déperditions thermiques liées à ce renouvellement de l'air. Compte tenu de l'évolution 20 actuelle des bâtiments et notamment des progrès sur les différents matériaux (isolation, vitrage, pont thermique,...), les besoins de chauffage tendent à diminuer fortement, car les déperditions thermiques de ces nouveaux bâtiments sont significativement réduites. Ceci est 25 notamment le cas dans les maisons dites "basse consommation" ou encore "passives" qui sont extrêmement bien isolées thermiquement. Ainsi, pour de telles maisons, le besoin en chauffage est très faible et l'emploi d'un système de chauffage classique n'est plus adapté. 30 Pour ventiler ces maisons, on connaît déjà les installations de ventilation mécanique contrôlée simple flux autoréglable et hygroréglable assurant le GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 2 - renouvellement d'air de l'ensemble de la maison d'habitation tout en évacuant l'excès d'humidité. Ce type d'installation présente l'inconvénient de ne faire aucune récupération de chaleur. De plus, dans le cas des systèmes 5 hygroréglables, ces derniers présentent également l'inconvénient de diminuer globalement les débits de renouvellement d'air moyen ce qui peut, dans certains cas, diminuer la qualité de l'air intérieur dans la maison. On connaît également les installations de ventilation 10 mécanique contrôlée double flux à haut rendement statique qui présentent l'inconvénient de ne récupérer qu'une partie de l'énergie notamment dans le cas des températures extérieures douces et qui ne peuvent faire du rafraichissement actif du logement. 15 On connaît également les installations de ventilation mécanique contrôlée double flux thermodynamique, aussi appelé pompe à chaleur sur l'air extrait, sans échangeur statique qui présentent l'inconvénient lorsque la pompe à chaleur n'est pas en fonctionnement, de ne pas faire de récupération de chaleur. On connaît enfin les installations de ventilation mécanique contrôlée double flux thermodynamique avec un échangeur statique bas rendement permettant les fonctions de ventilation, chauffage de l'air neuf en hiver et rafraîchissement de l'air neuf en été en combinant la récupération de l'énergie sur l'air extrait de la maison. Toutefois, ces installations présentent l'inconvénient de faire, lorsque la pompe à chaleur n'est pas en fonctionnement, une récupération statique de chaleur à un rendement moyen, de l'ordre de 60%. Ce rendement moyen est imposé par le besoin de toujours disposer de puissance disponible à récupérer après l'échange statique pour la pompe à chaleur situé en cascade. Si l'ensemble de l'énergie était récupérée par l'échangeur statique, la GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 3 récupération thermodynamique ne pourrait pas fonctionner et la pompe à chaleur serait constamment en phase de givrage. Exposé de l'invention 5 La présente invention vise à proposer une installation de ventilation mécanique contrôlée à récupération thermodynamique et/ou échange statique pour la ventilation et le chauffage/rafraichissement d'un bâtiment, qui est apte à remédier aux différents inconvénients 10 décrits précédemment et qui présente d'importantes possibilités d'utilisation, notamment de faire, lorsque la pompe à chaleur n'est pas en fonctionnement, une récupération statique de chaleur à un rendement élevé, supérieur ou égal à 90%. 15 A cet égard, il est donc proposé une installation de ventilation mécanique contrôlée à récupération thermodynamique et/ou échange statique pour la ventilation, le chauffage ou le rafraichissement d'un bâtiment, ladite installation étant remarquable en ce qu'elle comprend au 20 moins : - un circuit primaire thermodynamique réversible dans lequel circule un fluide frigorigène et muni d'un compresseur, un premier condenseur-évaporateur échangeant de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et l'air 25 extrait du bâtiment, un détendeur thermostatique bidirectionnel, un deuxième condenseur-évaporateur échangeant de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment, et une vanne quatre voies permettant d'inverser le sens de 30 fonctionnement du circuit primaire, - un circuit secondaire du type échange statique à haut rendement comprenant un échangeur statique échangeant de la chaleur entre l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment et l'air extrait dudit bâtiment avant le circuit GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 4 - primaire, et un by-pass permettant, selon le mode de fonctionnement de l'installation, à l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment de court-circuiter ledit échangeur statique de sorte à le rendre inactif, ledit by-pass 5 interdisant tout fonctionnement de l'échangeur statique lorsque le circuit primaire est actif. Ainsi, on comprend bien que ladite installation de ventilation mécanique contrôlée permet notamment : - un mode "chauffage actif" par fonctionnement de la 10 pompe à chaleur sur l'air extrait pour la production de chaleur éventuellement complémenté par des batteries électriques de chauffage de l'air en sortie d'appareil, - un mode "récupération passive" par récupération de calories ou frigories avec un échange statique à très haut 15 rendement sur l'air extrait du bâtiment traité, - un mode "rafraichissement actif" par fonctionnement de la pompe à chaleur pour la production de froid, - un mode "rafraichissement économique" par surventilation et by-pass de l'échangeur statique quand les 20 conditions de température le permettent. Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comporte également une première boucle munie d'un by-pass et reliant le circuit d'air neuf avant l'entrée de l'échangeur statique et le circuit d'air extrait après la 25 sortie de l'échangeur statique. De manière avantageuse, l'installation comporte une deuxième boucle reliant une bouche de recyclage d'air et le circuit d'air neuf entre l'entrée d'air neuf et l'entrée de l'échangeur statique avant le by-pass ou entre la sortie de 30 l'échangeur statique et l'entrée du deuxième condenseur-évaporateur. L'installation comporte de préférence un premier et un deuxième ventilateurs respectivement d'extraction et d'insufflation disposés respectivement à la sortie du GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 5 - premier condenseur-évaporateur et à la sortie du deuxième condenseur-évaporateur du circuit primaire. L'installation comporte avantageusement une batterie électrique d'appoint disposée après le deuxième ventilateur 5 d'extraction et permettant de réchauffer de façon complémentaire, en cas de besoin, l'air insufflé dans le bâtiment. Description sommaire des figures 10 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, de l'installation de ventilation mécanique contrôlée à récupération thermodynamique et/ou échange 15 statique conforme à l'invention, en référence à la figure 1 unique qui est une vue schématique de l'installation de ventilation mécanique contrôlée à récupération thermodynamique et statique selon l'invention. 20 Meilleure manière de réaliser l'invention technique La figure 1 représente une installation de ventilation mécanique contrôlée à récupération thermodynamique et/ou échange statique selon l'invention. Cette installation comporte un circuit primaire 1 25 thermodynamique réversible du type pompe à chaleur comprenant : - un compresseur 2, notamment actionné par un moteur électrique, qui a pour fonction d'élever la pression et la température d'un fluide frigorigène en le comprimant de 30 sorte que, à la sortie dudit compresseur 2, le fluide est sous forme gazeuse à haute pression et sa température est élevée, - un premier condenseur-évaporateur 3 simple usage échangeant de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 6 l'air extrait d'un bâtiment 50 qui sera à la sortie dudit premier condenseur-évaporateur 3 rejeté à l'extérieur dudit bâtiment 50, - un détendeur thermostatique 4 de type 5 bidirectionnel agencé pour laisser le passage du fluide frigorigène dans les deux sens de circulation du circuit primaire 1, et qui a pour fonction de réduire brutalement la pression du fluide frigorigène pour le ramener en phase liquide, 10 - un deuxième condenseur-évaporateur 5 simple usage échangeant de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment 50 qui sera à la sortie dudit deuxième condenseur-évaporateur 5 insufflé dans ledit bâtiment 50, et 15 - une vanne quatre voies 6 permettant d'inverser le sens de fonctionnement du circuit primaire 1. Les premier et deuxième condenseur-évaporateurs 3,5 font office de condenseur ou d'évaporateur selon le réglage de la vanne quatre voies 6 et donc selon le sens de 20 fonctionnement dudit circuit primaire 1. L'installation comprend en outre un circuit secondaire 11 du type échange statique à haut rendement, c'est-à-dire supérieur ou égal à 90%, comprenant : - un échangeur statique 12 à plaque échangeant de la 25 chaleur entre l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment 50 et l'air extrait dudit bâtiment 50 avant le circuit primaire 1, et - un by-pass 13 permettant à l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment 50 de court-circuiter ledit 30 échangeur statique 12 de sorte à le rendre inactif, selon le mode de fonctionnement de l'installation. Par analogie avec les circuits électriques, ledit by-pass 13 permet donc un fonctionnement en parallèle des circuits primaire 1 et secondaire 11 en interdisant par conséquent tout GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 7 - fonctionnement de l'échangeur statique 12 lorsque le circuit primaire 1 est actif. L'installation selon l'invention comprend en outre une première boucle 21 munie d'un by-pass 22 et reliant le 5 circuit d'air neuf avant l'entrée de l'échangeur statique 12 et le circuit d'air extrait après la sortie de l'échangeur statique 12. Cette première boucle 21 permet de créer un apport d'air neuf supplémentaire à l'entrée du premier condenseur-évaporateur 3 du circuit primaire 1. 10 Par ailleurs, l'installation selon l'invention peut également comprendre une deuxième boucle 31 reliant une bouche de recyclage d'air, non représentée sur la figure 1, et le circuit d'air neuf entre l'entrée d'air neuf et l'entrée de l'échangeur statique 12 avant le by-pass 13 ou, 15 selon une variante de réalisation représentée en pointillé sur la figure 1, entre la sortie de l'échangeur statique 12 et l'entrée du deuxième condenseur-évaporateur 5. Cette deuxième boucle 31 permet en cas de besoin, selon un mode de fonctionnement de l'installation, de recycler l'air 20 intérieur du bâtiment 50. Selon un mode de réalisation préféré, l'installation selon l'invention comprend, d'une part, un premier 41 et un deuxième 42 ventilateurs respectivement d'extraction et d'insufflation disposés respectivement à la sortie du 25 premier condenseur-évaporateur 3 et à la sortie du deuxième condenseur-évaporateur 5 du circuit primaire 1 et, d'autre part, de manière optionnelle, une batterie électrique d'appoint 43 disposée après le deuxième ventilateur d'extraction 42 et permettant de réchauffer de façon 30 complémentaire, en cas de besoin, l'air insufflé dans le bâtiment 50. Avec une telle configuration, l'installation de ventilation mécanique contrôlée selon l'invention permet de nombreux modes de fonctionnement, en fonction, par exemple, GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 8 des besoins du bâtiment, de la température extérieure au bâtiment et du fonctionnement ou non du circuit primaire 1. Ainsi, selon un premier mode de fonctionnement dit "chauffage actif" du bâtiment 50, l'installation est 5 configurée pour avoir à disposition en permanence tout le potentiel de récupération d'énergie. Pour cela, le circuit primaire 1 est actif et la vanne quatre voies 6 est réglée pour que les premier 3 et deuxième 5 condenseur- évaporateurs du circuit primaire 1 fonctionnent 10 respectivement comme évaporateur et condenseur, le premier condenseur-évaporateur 3 captant la chaleur en refroidissant l'air extrait du bâtiment 50 qui sera ensuite rejeté à l'extérieur du bâtiment 50 et le deuxième condenseur-évaporateur 5 transmettant de la chaleur à l'air 15 neuf de sorte à réchauffer l'air insufflé pour chauffer le bâtiment 50. En outre, dans ce mode premier de fonctionnement, le by-pass 13 sur l'air neuf au niveau de l'échangeur statique 12 est actif permettant alors au premier condenseur-évaporateur 3 de pouvoir bénéficier du 20 maximum de potentiel de récupération puisque l'échangeur statique 12 est inactif. De plus, si la puissance de chaleur liée au circuit primaire 1 n'est pas suffisante pour le besoin du bâtiment 50, la puissance de chauffage sur le flux d'air 25 insufflé pourra être complétée par la puissance de la batterie électrique d'appoint 43. Selon un deuxième mode de fonctionnement dit "récupération passive", l'installation est configurée pour que la récupération de calories ou frigories se fasse 30 uniquement par l'échangeur statique 12 haut rendement qui permet l'échange entre l'air extrait du logement et l'air neuf entrant. Pour cela, le circuit primaire 1 et le by-pass 13 sur l'air neuf au niveau de l'échangeur statique 12 sont inactifs. GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 9 Selon un troisième mode de fonctionnement dit "rafraîchissement actif" du bâtiment 50, l'installation est configurée pour avoir à disposition en permanence tout le potentiel de récupération d'énergie. Pour cela, le circuit 5 primaire 1 est actif et la vanne quatre voies 6 est réglée pour que les premier 3 et deuxième 5 condenseur- évaporateurs du circuit primaire 1 fonctionnent respectivement comme condenseur et évaporateur, le premier condenseur-évaporateur 3 transmettant de la chaleur à l'air 10 extrait du bâtiment 50 qui sera ensuite rejeté à l'extérieur du bâtiment 50 et le deuxième condenseur-évaporateur 5 captant la chaleur en refroidissant l'air neuf de sorte à refroidir l'air insufflé et l'intérieur du bâtiment 50. En outre, dans ce mode premier de 15 fonctionnement, le by-pass 13 sur l'air neuf au niveau de l'échangeur statique 12 est actif permettant alors au deuxième condenseur-évaporateur 5 de pouvoir bénéficier du maximum de potentiel de récupération puisque l'échangeur statique 12 est inactif. 20 De plus, pour augmenter encore la capacité de rafraichissement, le by-pass 22 de la première boucle 21 et reliant le circuit d'air neuf et le circuit d'air extrait est activé pour permettre l'évacuation de l'ensemble des calories présentes au niveau du premier condenseur- 25 évaporateur 3 fonctionnant comme condenseur. Enfin, selon un quatrième mode de fonctionnement dit "rafraîchissement passif" du bâtiment 50, l'installation est configurée pour permettre un rafraîchissement par surventilation du bâtiment 50 lorsque la température de 30 l'air extérieur est plus faible que la température de l'air extrait (par exemple la nuit en saison estivale). Pour cela, le circuit primaire 1 est inactif et le by-pass 13 sur l'air neuf au niveau de l'échangeur statique 12 est actif de sorte à obtenir une augmentation significative du GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 10 - débit de renouvellement d'air du bâtiment 50 pour permettre son rafraichissement sans avoir recourt à l'utilisation du circuit primaire 1. On comprend bien que l'installation de ventilation 5 mécanique contrôlée selon l'invention est particulièrement intéressante, car elle permet de réaliser au moins tous les modes de fonctionnement décrits ci-dessus, et permet notamment de rafraichir ou de récupérer les calories de l'air extrait même lorsque le circuit primaire 1 est à 10 l'arrêt. Enfin, le fonctionnement de l'installation de ventilation mécanique contrôlée selon l'invention est particulièrement intéressant car il permet simplement de pouvoir, d'une part, avoir un fonctionnement avec un 15 échange statique à rendement élevé et, d'autre part, avoir un fonctionnement du circuit primaire 1 thermodynamique avec à disposition en permanence tout le potentiel de récupération d'énergie. 20 Possibilité d'application industrielle Comme décrit précédemment, l'invention trouvera une application dans tout type de bâtiments industriels, mais aussi chez les particuliers, pour assurer à la fois la ventilation, le chauffage et le rafraichissement actif ou 25 passif. Enfin, il est clair que la présente invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette installation ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le 30 même principe. GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE REVENDICATIONS1 - Installation de ventilation mécanique contrôlée à récupération thermodynamique et/ou échange statique pour la ventilation, le chauffage ou le rafraichissement d'un bâtiment (50), ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins : - un circuit primaire (1) thermodynamique réversible dans lequel circule un fluide frigorigène et muni d'un compresseur (2), un premier condenseur-évaporateur (3) échangeant de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et l'air extrait du bâtiment (50), un détendeur thermostatique (4) bidirectionnel, un deuxième condenseur-évaporateur (5) échangeant de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment (50), et une vanne quatre voies (6) permettant d'inverser le sens de fonctionnement du circuit primaire (1), - un circuit secondaire (11) du type échange statique à haut rendement comprenant un échangeur statique (12) échangeant de la chaleur entre l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment (50) et l'air extrait dudit bâtiment (50) avant le circuit primaire (1), et un by-pass (13) permettant, selon le mode de fonctionnement de l'installation, à l'air neuf provenant de l'extérieur du bâtiment (50) de court-circuiter ledit échangeur statique (12) de sorte à le rendre inactif, ledit by-pass (13) interdisant tout fonctionnement de l'échangeur statique (12) lorsque le circuit primaire (1) est actif. 2 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte une première boucle (21) munie d'un by-pass (22) et reliant le circuit d'air neuf avant l'entrée de l'échangeur statique (12) et le circuit d'air extrait après la sortie de l'échangeur GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE 3032026 - 12 - statique (12). 3 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle comporte 5 une deuxième boucle (31) reliant une bouche de recyclage d'air et le circuit d'air neuf entre l'entrée d'air neuf et l'entrée de l'échangeur statique (12) avant le by-pass (13) ou entre la sortie de l'échangeur statique (12) et l'entrée du deuxième condenseur-évaporateur (5). 10 4 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle comporte un premier (41) et un deuxième (42) ventilateurs respectivement d'extraction et d'insufflation disposés 15 respectivement à la sortie du premier condenseur-évaporateur (3) et à la sortie du deuxième condenseur-évaporateur (5) du circuit primaire (1). 5 - Installation selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comporte une batterie électrique d'appoint (43) disposée après le deuxième ventilateur d'extraction (42) et permettant de réchauffer de façon complémentaire, en cas de besoin, l'air insufflé dans le bâtiment (50). 25 GACDA1-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE