Brevet FR3132763A1 — publié le 20230818

L’invention concerne un dispositif pour mesurer une réponse thermique dynamique d’un volume, comprenant un bâtiment fermé comprenant un ouvrant ; - un ventilateur pilotable apte à insuffler de l’air dans le bâtiment fermé pour le volume en surpression ; - des moyens de chauffage; - des moyens pour le raccordement du ventilateur à l’ouvrant ; - un capteur de pression et un capteur de température ; et - une centrale d’acquisition et de contrôle apte à acquérir des signaux du capteur de température et du capteur de pression, et apte à transmettre une consigne de pilotage au ventilateur pilotable et une consigne de pilotage aux moyens de chauffage L’invention concerne également un procédé mettant en œuvre ce dispositif. Figure d’abrégé : figure 1. 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 a) 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 système présentant les caractéristiques énoncées par la revendication 1. Le système pour mesurer une réponse thermique dynamique d’un volume, comprend un bâtiment fermé délimitant le volume présentant au moins un ouvrant ; - un ventilateur pilotable apte à insuffler de l’air dans le bâtiment fermé pour le volume en surpression vis-à-vis d’une pression extérieure au bâtiment fermé ; - des moyens de chauffage aptes à chauffer le volume délimité par le bâtiment fermé ; - des moyens pour le raccordement du ventilateur à l’ouvrant ; - un capteur de pression et un capteur de température aptes à mesurer la pression et la température de l’air dans le volume ; et - 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 des signaux du capteur de température et du capteur de pression, une interface de commande apte à transmettre une consigne de pilotage au ventilateur pilotable et une consigne de pilotage 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. 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 exemple de mise en œuvre, le bâtiment fermé comprend une ouverture distincte de l’ouvrant et le dispositif comprend des moyens amovibles aptes à occulter le rayonnement thermique à travers l’ouverture distinct de l’ouvrant. Ainsi, l’occultation de l’ouverture (vitre, fenêtre) permet de limiter l’influence du rayonnement tel le rayonnement solaire et les flux thermiques entrant ou sortant à travers ces ouvertures, que les mesures soient réalisées de jour comme de nuit. Avantageusement, les moyens d’occultation de l’ouverture distincte de l’ouvrant comprennent une feuille réfléchissante. Ce mode de mise en œuvre est léger et facilement déployable même dans un bâtiment comprenant de nombreuses ouvertures. Selon un mode de mise en œuvre, l’ouverture distincte de l’ouvrant comprend une paroi fermant l’ouverture et une entretoise permet d’écarter la feuille réfléchissante de la paroi fermant l’ouverture. Ce mode de réalisation procure une isolation thermique supplémentaire entre la paroi et l’intérieur du bâtiment. Selon une variante, les moyens amovibles comprennent une pluralité de ventouses aptes à adhérer à la paroi fermant l’ouverture. Les ventouses assurent à la fois la fonction d’accrochage amovible de la feuille réfléchissante et d’entretoise. Ainsi les moyens d’occultation des ouvertures du bâtiment sont aisément transportés sur place et rapidement installés. Selon un mode de réalisation, les moyens de raccordement du ventilateur pilotable à l’ouvrant comprennent une bâche apte à occulter l’ouvrant en dehors d’un passage d’insufflation pour le ventilateur pilotable, et comprennent un capteur de flux thermique mesurant un flux thermique traversant la bâche. Ce mode de réalisation permet de tenir compte, notamment, des déperditions calorifiques à travers l’occultation de l’ouvrant lors des cycles de caractérisation de la performance dynamique. Selon un mode de réalisation particulier le dispositif objet de l’invention comprend 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 et le ventilateur pilotable est apte à réaliser une circulation d’air passant dans le conduit d’insufflation et dans le conduit d’extraction. Ce mode de réalisation permet de rassembler l’essentiel du dispositif objet de l’invention en une machine transportable et facilement connectable à tout bâtiment. Selon ce mode de réalisation, les moyens de chauffage sont aptes à chauffer l’air dans le conduit d’insufflation. Avantageusement, le dispositif selon ce dernier mode de réalisation 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 ce mode de réalisation, le dispositif 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. Avantageusement, le bâtiment fermé comprend un toit et un capteur de rayonnement est fixé au toit du bâtiment, un signal du capteur de rayonnement est dirigé vers l’interface d’acquisition. Avantageusement également, le bâtiment fermé comprend une façade et le dispositif comprend une caméra filmant la façade du bâtiment, un signal issu de la caméra étant dirigé vers la centrale de contrôle et 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 comprenant des étapes consistant à : i) occulter (310) les ouvertures (112, 512) du bâtiment ; ii) installer (320) le ventilateur pilotable (130, 530) et les moyens de chauffage (140, 540) ; iii) démarrer un premier cycle (330) pour calibrer le dispositif vis-à-vis du bâtiment fermé ; iv) démarrer une série cycles d’essais (340) pour identifier les paramètres de la performance thermique dynamique du bâtiment fermé. Selon un mode de mise en œuvre une partie de l’étape iv) est réalisée de jour et une autre partie de nuit. L’étape iv) comprend la mise en surpression de l’intérieur du bâtiment fermé par rapport à l’extérieur d’une valeur égale ou supérieure à 10 Pa. Les moyens de chauffage (140, 540) et le ventilateur pilotable (530, 130) sont activés simultanément tout au long des cycles de l’étape iv). Cette caractéristique permet d’empêcher les infiltrations d’air durant la sollicitation thermique du bâtiment. Les moyens d’occultation des ouvertures restent installés tout au long de l’étape iv). Avantageusement, la durée de l’étape iv) est inférieure à 96 heures continues. L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisations préférés exposés ci-après, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 5 dans lesquelles : représente, schématiquement une installation mettant en œuvre un mode de réalisation du 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 ; montre schématiquement un autre mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention. Définitions générales L’homme du métier est en mesure de définir le type de bâtiment concerné par la présente invention. Pour éviter toute erreur d’interprétation, dans tout le texte, un bâtiment fermé est un volume délimité par des parois qui séparent toutes ses faces de l’extérieur, ou d’un autre bâtiment fermé. Ainsi, selon un exemple de réalisation courant, un bâtiment fermé, comprend un sol, des façades sur toutes ses faces latérales, et un toit, quelle que soit la nature des façades et du toit. Sans sortir de cette définition, ledit bâtiment comprend une ou plusieurs partitions internes, horizontales ou verticales, c’est-à-dire une ou plusieurs pièces ou un ou plusieurs niveaux. Selon un de mode de réalisation particulier et par extension de la définition, une partition interne peut être, pour certaines applications du dispositif et du procédé objet de l’invention, considérée comme un bâtiment. Dans ce cas les cloisonnements internes sont les façades et le plafond le toit. Les façades et le toit ont pour effet de mettre l’intérieur du bâtiment fermé « hors d’eau » mais n’assurent pas nécessairement une étanchéité parfaite à l’air, plus particulièrement en ce qui concerne le toit mais aussi certaines zones de façade notamment au niveau du raccordement avec des ouvertures, par exemple d’aération, ou des passages de conduits. Principe de l’invention Le principe de l’invention consiste à procéder à l’acquisition des variations temporelles de la température en une ou plusieurs zones du bâtiment, en mettant en œuvre un système adapté pour prendre en compte les phénomènes exogènes influant sur la thermique du bâtiment, selon différents modes liés pour les uns aux caractéristiques structurelles du bâtiment, de son inertie et de son isolation, et pour les autres aux échanges thermiques ou aérauliques inopinés entre l’atmosphère extérieure et l’atmosphère intérieure. Les variations temporelles de la température acquises à l’intérieur du bâtiment font l’objet d’un traitement prenant en compte des variations extérieures (ensoleillement, température extérieure, vent…) ainsi que des variations provoquées optionnellement, par exemple par insufflation d’air frais. Pour cela, l’invention prévoit un système d’acquisition pendant une durée relativement brève de moins de 5 jours, pour disposer de cycle de sollicitation thermique du bâtiment résultant des variations des conditions extérieures et/ou intérieures, avec un système de chauffage permettant de soumettre le bâtiment à une sollicitation thermique prédéfinie ou dynamique, ainsi qu’avec un ventilateur permettant de créer un débit d’air maîtrisé, continu ou piloté, entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment. Selon le mode d’utilisation, ce ventilateur permet d’introduire de l’air uniquement pour rafraichir le bâtiment, à débit et sur une durée répondants au scénario de sollicitation thermique prédéfinie ou dynamique, en maintenant la pression intérieure égale à la pression extérieure, et/ou pour créer une surpression pour éliminer les infiltrations parasites d’air, par des parties mal étanchéifiées du bâtiment. L’apport calorique de l’air insufflé pour créer une surpression étant mesuré pour en tenir compte dans le traitement des informations thermiques. Si le bâtiment est récent (et donc plutôt étanche) le bâtiment sera mis en surpression durant toute la durée du test, et le ventilateur pourra également être utilisé pour introduire de l’air frais à des moment précis de la sollicitation thermique (puissance négative). La mise en surpression apporte un avantage évident, mais il n’est pas systématique de mettre le bâtiment en test en surpression en toute circonstance. L’utilisation du ventilateur pour mettre le bâtiment en surpression est d’une durée équivalente à celle du test, et si le bâtiment n’est pas étanche du tout, il y a un risque que la mise en surpression nécessite un débit de ventilation important et empêche le bâtiment de monter en température lors de la phase de chauffage (puissance positive) du scénario de sollicitation thermique interne. Dans ce cas précis, les infiltrations aérauliques ne seront pas évitées, mais pourrons simplement être calculées ou estimées. Le ventilateur présentera toujours un avantage pour le rafraichissement qui est, elle, limitée aux seules périodes de sollicitation froide (puissance négative) déterminées par le scénario de sollicitation (qui est lui prédéfinie avant le process ou dynamique). Système pour mesurer une réponse thermique dynamique d’un volume, comprenant un bâtiment fermé (110, 500) délimitant le volume et comprenant un ouvrant (111, 511) et un moyen pour mesurer les variations temporelles de température en un point au moins dudit volume caractérisé en ce qu’il comporte un ventilateur (130, 530) apte à insuffler de l’air dans le bâtiment fermé et des moyens pour le raccordement du ventilateur (130, 530) à l’ouvrant (111, 511) ; - des moyens de chauffage (140, 540) aptes à chauffer le volume délimité par le bâtiment fermé ; - au moins un capteur de température (192, 592) apte à mesurer la température de l’air dans le volume ; et - une centrale (190) comprenant des moyens de mémoire apte à contenir un programme informatique, des moyens de calcul, une interface d’acquisition apte à acquérir des signaux dudit capteur de température, ledit programme informatique étant apte à enregistrer les données acquises par l’interface d’acquisition ainsi que les informations relatives à la puissance d’apport de calories par ledit ventilateur (130, 530) et lesdits moyens de chauffage (140, 540). Système selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment fermé comprend au moins une ouverture distincte de l’ouvrant (112, 113. 512), et qui comprend des moyens amovibles (222, 213) aptes à occulter le rayonnement thermique à travers l’ouverture distinct dudit ou desdits ouvrant (112, 113). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un capteur de pression (191, 591) apte à mesurer la pression et la température de l’air dans le volume. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite centrale étant une centrale d’acquisition (190) et de contrôle comportant en outre une interface de commande apte à transmettre une consigne de pilotage du débit dudit audit ventilateur et une consigne de pilotage de la puissance desdits 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. Système selon la revendication 2, dans lequel les moyens d’occultation de l’ouverture distincte de l’ouvrant comprennent une feuille réfléchissante (222). Système selon la revendication 2, dans l’ouverture distincte de l’ouvrant comprend une paroi (212) fermant l’ouverture (112, 512) et dans lequel une entretoise permet d’écarter la feuille réfléchissante (222) de la paroi (212) fermant l’ouverture (112, 512). Système selon la revendication 5, dans lequel les moyens amovibles comprennent une pluralité de ventouses (213) aptes à adhérer à la paroi (212) fermant l’ouverture (222). Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de raccordement du ventilateur pilotable (530) à l’ouvrant comprennent une bâche (531) apte à occulter l’ouvrant en dehors d’un passage d’insufflation pour le ventilateur pilotable, et comprennent un capteur de flux thermique (593) mesurant un flux thermique traversant la bâche (531). Système selon la revendication 1, comprenant 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 et dans lequel le ventilateur pilotable est apte à réaliser une circulation d’air passant dans le conduit d’insufflation et dans le conduit d’extraction. Système selon la revendication 9, dans lequel les moyens de chauffage (140) sont aptes à chauffer l’air dans le conduit d’insufflation (121). Système selon la revendication 9, 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 un air extérieur au bâtiment fermé. Système selon la revendication 11, 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 au bâtiment fermé, 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. Système selon la revendication 11, comprenant des moyens de motorisation aptes à commander l’ouverture et la fermeture du premier et du deuxième registre (151, 152), la centrale d’acquisition et de contrôle étant apte à transmettre des consignes de pilotage de registre auxdits moyens de motorisation, le programme informatique étant apte à commander une émission des consignes de pilotage de registre. Système selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment fermé comprend un toit, et comprenant un capteur de rayonnement (196) fixé au toit (116) du bâtiment fermé un signal issu du capteur de rayonnement étant dirigé vers la centrale de contrôle de d’acquisition (190). Système selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment fermé comprend une façade (115) et qui comprend une caméra (195) filmant la façade (115) du bâtiment, un signal issu de la caméra étant dirigé vers la centrale de contrôle et d’acquisition (190). Procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un immeuble (110) mettant en œuvre un système selon la revendication 1, et comprenant des étapes consistant à : i) installer (320) le ventilateur (130, 530) et les moyens de chauffage (140, 540) ; ii) démarrer un premier cycle (330) pour calibrer le dispositif vis-à-vis du bâtiment fermé ; iii) démarrer une série cycles d’essais (340) pour identifier les paramètres de la performance thermique dynamique du bâtiment fermé, un cycle d’essais (340) se déroulant en moins de 5 jours. Procédé pour la mesure de la réponse thermique dynamique d’un immeuble (110) selon la revendication 16 caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape consistant à occulter (310) les ouvertures (112, 512) du bâtiment préalablement au démarrage dudit premier cycle. Procédé selon la revendication 16, dans lequel une partie de l’étape iii) est réalisée de jour et une autre partie de nuit. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l’étape ii) comprend la mise en surpression de l’intérieur du bâtiment fermé par rapport à l’extérieur du bâtiment fermé d’une valeur égale ou supérieure à 10 Pa. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les moyens de chauffage (140, 540) et le ventilateur pilotable (530, 130) sont activés simultanément tout au long des cycles de l’étape iii). Procédé selon la revendication 17, dans lequel les moyens d’occultation des ouvertures restent installés tout au long de l’étape iii). Procédé selon la revendication 16, dans lequel la durée de l’étape iii) est inférieure à 96 heures continues.