Brevet FR3132762A1 — publié le 20230818

L’invention concerne un dispositif pour mesurer la réponse thermique dynamique d’un bâtiment fermé (110) comprenant : - un conduit d’insufflation (121) et un conduit d’extraction (122) et des moyens pour connecter lesdits conduits à l’ouvrant (111) du bâtiment fermé ; - un ventilateur (130) pilotable pour réaliser une circulation d’air ; - des moyens de chauffage (140) aptes à chauffer l’air circulant dans le conduit d’insufflation (121) ; - un capteur de pression (191) et un capteur de température (192) aptes à mesurer la pression et la température de l’air circulant dans les conduits ; - une centrale d’acquisition et de contrôle (190) et un programme informatique apte à contrôler le dispositif. L’invention concerne également un procédé mettant en œuvre ce dispositif. Dispositif et procédé pour la mesure de la performance thermique d’un bâtiment L’invention concerne un dispositif et un procédé adaptés à la détermination de la performance thermique d’un bâtiment, plus particulièrement de la performance thermique dynamique d’un bâtiment. L’invention appartient au domaine des procédés de mesure et d’inspection destinés à la détermination des performances thermiques d’un bâtiment d’habitation ou tertiaires, et plus généralement de tout bâtiment fermé. Le dispositif et le procédé objet de l’invention sont plus particulièrement adaptés à la détermination des performances thermiques dynamiques d’un bâtiment. Le chauffage ou la climatisation des bâtiments, quelle que soit la technologie employée, contribuent de manière très significative aux consommations énergétiques, ainsi qu’aux émissions de gaz à effet de serre (GES) et à d’autres impacts environnementaux. Améliorer les performances thermiques des bâtiments, soit par des travaux d’isolation de l’enveloppe pour l’ancien, ou dès la conception pour le neuf, permet de réduire les consommations énergétiques, par conséquent de réduire les émissions de GES et autres impacts environnementaux, mais aussi de réduire les coûts d’exploitation de ces immeubles et d’en améliorer le confort. À titre d’exemple, en France, les Réglementations Thermiques (RT) successives depuis 1974 (RT 2000, RT 2005, RT 2012, RE 2020) imposent aux constructions neuves des performances thermiques toujours plus exigeantes. Ainsi, si la RT 2012 limitait la consommation énergétique des « 5 usages » (chauffage, production d’eau chaude sanitaire, refroidissement, éclairage et auxiliaires), d’un bâtiment à 50 kWhep/m²/an en moyenne, la RT 2020 imposera, quant à elle, un plafond de consommation de chauffage de 12 kWhep/m2/an. Ces objectifs sont atteints par l’isolation thermique de l’enveloppe du bâtiment, mais aussi par l’utilisation de systèmes techniques performants (régulation optimale, brûleurs modulables, circulateurs à débits variables, VMC double flux, etc.) et adapté au bâtiment qu’ils équipent. Pour permettre ces améliorations, il est nécessaire préalablement à la construction neuve ou bien aux travaux de rénovation d’un bâtiment existant, de caractériser le bâtiment dans son comportement thermique dynamique, c’est-à-dire de pouvoir quantifier, au regard d’un climat donné et de scénarios d’utilisation, l’injection ou l’extraction de flux thermiques, le stockage de la chaleur et d’infiltrations parasites sur une période donnée. Cependant, au-delà de la conception, la réalisation effective du bâtiment sur chantier ou en usine peut conduire à des performances relativement éloignées de celles qui étaient attendues lors de l’étude théorique et de la définition de ces caractéristiques thermiques intrinsèques, Faute de moyen pour contrôler cette qualité de réalisation par des mesures thermiques à un stade suffisamment précoce de réalisation, ces défauts potentiels subsistent et compromettent les économies d’énergie prévues, rendant ainsi difficile voire impossible le retour sur investissement des travaux ou du surcoût d’isolation en rénovation, le développement des contrats de garantie de performance énergétique, la mise en valeur des entreprises scrupuleuses travaillant selon les règles de l’art, la généralisation des bonnes pratiques et du travail de qualité, la répartition des responsabilités en cas de litiges, et la garantie d’une utilisation juste des investissements de fonds publics dans le cadre des différents plans gouvernementaux ayant pour objectif de réduire les consommations énergétiques du secteur du bâtiment. Le document US 7,552,033 décrit une méthode pour réaliser le diagnostic thermique dynamique d’un bâtiment utilisant des mesures issues de capteur et associées à une modélisation. Cette méthode utilise des mesures alors que le bâtiment est utilisé avec ses propres moyens de régulation de température. Le document US 8,620,632 décrit une méthode pour mesurer les caractéristiques thermiques dynamiques d’un bâtiment à partir de mesures réalisées sur au moins une saison et d‘une modélisation, la régulation thermique du bâtiment étant réalisée par ses moyens propres, Ces méthodes nécessitent un temps de mesure long, qui se chiffre en semaines voire en mois, et ne permettent pas d’effectuer le diagnostic thermique d’un bâtiment non encore équipé de moyens de régulation thermique L’invention vise à résoudre les insuffisances exposées ci-avant et concerne à cette fin, un dispositif pour mesurer la réponse thermique dynamique d’un bâtiment fermé comprenant au moins un ouvrant, ledit dispositif comprenant : - un conduit d’insufflation et un conduit d’extraction en communication aéraulique et des moyens pour connecter lesdits conduits à l’ouvrant du bâtiment fermé ; - un ventilateur pilotable pour réaliser une circulation d’air passant dans les conduits d’insufflation et d’extraction ; - des moyens de chauffage aptes à chauffer l’air circulant dans les conduits d’insufflation ; - un capteur de pression et un capteur de température aptes à mesurer la pression et la température de l’air circulant dans les conduits ; - une centrale d’acquisition et de contrôle comprenant des moyens de mémoire apte à contenir un programme informatique, des moyens de calcul, une interface d’acquisition apte à acquérir les signaux du capteur de température et du capteur de pression, une interface de commande apte à transmettre une consigne de pilotage de soufflage au ventilateur et une consigne de pilotage de température aux moyens de chauffage, ledit programme informatique étant apte à contrôler l’interface de commande et l’émission des consignes de température et de pression en fonction des données acquises par l’interface d’acquisition. Ce dispositif permet de contrôler la température, et/ou la puissance de chauffage, et la pression dans un bâtiment ou une partie de bâtiment, fermé, et de réaliser des mesures, selon des cycles ou scénarios de température/pression, même si l’immeuble n’est pas encore équipé de moyens de chauffage. Ainsi, il permet la réalisation d’un diagnostic thermique précoce. L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Selon un mode de réalisation, le dispositif objet de l’invention comprend un premier registre apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction avec un premier conduit en dérivation et en communication avec l’air extérieur. Selon que ledit premier registre est placé en amont ou en aval du conduit en dérivation celui-ci permet de réguler la pression dans le bâtiment lors d’une circulation en boucle ouverte ou en boucle fermée. Avantageusement, selon un mode de réalisation, le dispositif objet de l’invention comprend également un deuxième registre apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction avec un deuxième conduit en dérivation et en communication avec l’air extérieur, dans lequel le premier registre est placé en amont du premier conduit en dérivation et le deuxième registre est placé en aval du deuxième conduit en dérivation dans le sens de circulation de l’air. Ce mode de réalisation permet de contrôler à la hausse ou à la baisse la pression à l’intérieur du bâtiment lors d’un fonctionnement en boucle ouverte et d’un fonctionnement en boucle fermée du dispositif. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de motorisation aptes à commander l’ouverture et la fermeture du premier ou du deuxième registre, l’interface de commande étant apte à transmettre une consigne de pilotage de registre auxdits moyens de motorisation, le programme informatique étant apte à commander l’émission de ladite consigne de pilotage de registre. L’invention concerne également une installation pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un bâtiment, comprenant : - un bâtiment fermé comprenant des façades et un toit et au moins un ouvrant et une ouverture lumineuse ; - le dispositif objet de l’invention selon l’un quelconque de ses modes de réalisation ; - des moyens amovibles d’occultation de la lumière entrant à l’intérieur du bâtiment par l’ouverture lumineuse. Ainsi, l’occultation de l’ouverture lumineuse permet de limiter l’influence du rayonnement solaire sur ces ouvertures. Selon un mode de réalisation de l’installation objet de l’invention, dans laquelle les moyens d’occultation de l’ouverture lumineuse comprennent une feuille souple réfléchissante. Avantageusement, les moyens amovibles comprennent une pluralité de ventouses apte à supporter à la feuille réfléchissante. Ainsi les moyens d’occultation des ouvertures lumineuses du bâtiment sont aisément transportés sur place et rapidement installés. Avantageusement, l’installation objet de l’invention comprend un capteur de rayonnement fixé au toit du bâtiment et une caméra filmant une façade du bâtiment, les signaux issus du capteur de rayonnement et de la caméra étant dirigés vers l’interface d’acquisition. Le capteur de rayonnement et la caméra permettent de mesurer différentes composantes du rayonnement solaire incident sur les façades pour évaluer la contribution de celui-ci à la réponse thermique du bâtiment. L’invention concerne également un procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un bâtiment fermé L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisations préférés exposés ci-après, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 3 dans lesquelles : représente, schématiquement une installation mettant en œuvre un dispositif selon l’invention pour la mesure de la performance thermique d’un bâtiment ; montre selon une vue partielle en coupe un exemple de traitement d’une ouverture lumineuse dans une façade en vue de la réalisation de mesure selon le procédé objet de l’invention ; est un organigramme d’un exemple de réalisation du procédé objet de l’invention montre un exemple de cycle réalisé au moyen du dispositif objet de l’invention. Dispositif pour mesurer la réponse thermique dynamique d’un bâtiment fermé (110) comprenant au moins un ouvrant (111), caractérisé en ce qu’il comprend : - un conduit d’insufflation (121) et un conduit d’extraction (122) en communication aéraulique et des moyens pour connecter lesdits conduits à l’ouvrant (111) du bâtiment fermé ; - un ventilateur (130) pilotable pour réaliser une circulation d’air passant dans les conduits (121, 122) d’insufflation et d’extraction ; - des moyens de chauffage (140) aptes à chauffer l’air circulant dans le conduit d’insufflation (121) ; - un capteur de pression (191) et un capteur de température (192) aptes à mesurer la pression et la température de l’air circulant dans les conduits ; - une centrale d’acquisition et de contrôle (190) comprenant des moyens de mémoire apte à contenir un programme informatique, des moyens de calcul, une interface d’acquisition apte à acquérir les signaux du capteur de température et du capteur de pression, une interface de commande apte à transmettre une consigne de pilotage de soufflage au ventilateur et une consigne de pilotage de température aux moyens de chauffage, ledit programme informatique étant apte à contrôler l’interface de commande et l’émission des consignes de température et de pression en fonction des données acquises par l’interface d’acquisition. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un premier registre (151, 152) apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction (122) avec un premier conduit (123, 124) en dérivation et en communication avec l’air extérieur. Dispositif selon la revendication 2, comprenant un deuxième registre (151, 152) apte à mettre en communication aéraulique le conduit d’extraction (122) avec un deuxième conduit (123, 124) en dérivation et en communication avec l’air extérieur, dans lequel le premier registre (151) est placé en amont du premier conduit en dérivation (123) et le deuxième registre (152) est placé en aval du deuxième conduit (124) en dérivation dans le sens de circulation de l’air. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, comprenant des moyens de motorisation aptes à commander l’ouverture et la fermeture du premier ou du deuxième registre (151, 152), l’interface de commande étant apte à transmettre une consigne de pilotage de registre auxdits moyens de motorisation, le programme informatique étant apte à commander l’émission de ladite consigne de pilotage de registre. Installation (100) pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un bâtiment, comprenant : - un bâtiment fermé (110) comprenant des façades et un toit et au moins un ouvrant (111) et une ouverture lumineuse (112, 113) ; - un dispositif selon la revendication 1 ; - des moyens amovibles (212, 213) d’occultation du rayonnement thermique extérieur entrant à l’intérieur du bâtiment par l’ouverture lumineuse (112, 113). Installation selon la revendication 5, dans laquelle les moyens d’occultation de l’ouverture lumineuse comprennent une feuille souple réfléchissante (212). Installation selon la revendication 6, dans laquelle les moyens amovibles comprennent une pluralité de ventouses (213) aptes à supporter à la feuille réfléchissante (212). Installation selon la revendication 5, comprenant un capteur de rayonnement (196) fixé au toit (116) du bâtiment et une caméra (195) filmant une façade (115) du bâtiment, les signaux issus du capteur de rayonnement et de la caméra étant dirigés vers l’interface d’acquisition. Procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un immeuble (110) mettant en œuvre une installation (100) selon la revendication 5, et comprenant des étapes consistant à : i) occulter (310) les ouvertures lumineuses du bâtiment ; ii) mettre en communication aéraulique (320) les conduits d’extraction et d’insufflation avec un volume interne du bâtiment ; iii) démarrer un premier cycle (330) pour calibrer l’installation vis-à-vis du bâtiment ; iv) démarrer une série cycles d’essais (340) pour identifier les paramètres de la performance thermique dynamique du bâtiment. Procédé selon la revendication 9, dans lequel une partie de l’étape iv) est réalisée de jour et une autre partie de nuit. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’étape iv) comprend la mise en surpression de l’intérieur du bâtiment fermé par rapport à l’extérieur, d’une valeur égale ou supérieur à 50 Pa