Brevet FR3129712A1 — publié le 20230602

Émetteur mural (10, 110) pour chauffer ou rafraichir une pièce comprenant un module échangeur comportant un ensemble d’ailettes (16) traversé par deux tubes (15) et (17) pour la circulation d’un fluide caloporteur, le premier tube (15) pour la circulation aller en provenance d’un générateur thermique et le second tube (17) pour la circulation retour, le module échangeur est chargé de transférer des calories du fluide caloporteur à un flux d’air ou inversement, est pourvu d’une sortie d’air et d’une entrée d’air, et au moins deux ventilateurs (20, 201, 202) perpendiculaires aux ailettes, le flux d’air aspiré par les ventilateurs traversant les ailettes (16). Selon l’invention, les ventilateurs sont situés sous les ailettes de façon à ce que le module échangeur comprend une enceinte (18, 118) fermée sur les côtés latéraux et ouverte vers le bas uniquement sur les ventilateurs et vers le haut sur les ailettes, la section de passage de la sortie d’air du module échangeur étant adaptée pour être comprise entre 50 % et 100 % de la section de passage de l’entrée d’air. Figure pour l’abrégé : Figure 6 Dispositif émetteur de chaleur ou de froid à convection forcée et système de chauffage ou de rafraichissement intégrant ce dispositif La présente invention concerne le domaine technique des systèmes de chauffage ou de rafraichissement à air circulant dans des conduits échangeurs dans les murs et les plinthes et concerne en particulier un émetteur de chaleur ou de froid à convection forcée et un système de chauffage ou de rafraichissement intégrant cet émetteur. Etat de la technique Le secteur du chauffage et du rafraichissement est en pleine expansion du fait de la part très importante de l’énergie consommée et des émissions de gaz à effet de serre associées dans les bâtiments et de la nécessité de réduire cette part dans la lutte contre le réchauffement climatique. Dans ce cadre, l’utilisation des pompes à chaleur (PAC) comme système de chauffage est en forte hausse car leur alimentation peut être assurée par des énergies renouvelables telles que celles issues des centrales hydroélectriques, des éoliennes ou des panneaux solaires photovoltaïques et parce qu’elles sont réputées être économes en énergie. Cependant, la performance d’une pompe à chaleur est extrêmement sensible à ses conditions de fonctionnement. En effet, lorsqu’il s’agit de remplacer par exemple une chaudière à gaz ou à fioul par une pompe à chaleur, ce remplacement seul ne permet pas, dans la plupart des configurations d’installation en rénovation, d’obtenir la performance nominale de la pompe à chaleur. En effet, la pompe à chaleur fournit sa meilleure performance lorsqu’elle est associée à des émetteurs de chaleur adéquats, donc à très basse température. En règle générale et pour une pompe à chaleur de type air/eau en mode chauffage, plus la température du fluide échangeur de l’émetteur de chaleur est basse et plus la pompe à chaleur est performante. Dans le cas d’une rénovation, lorsqu’une pompe à chaleur est connectée à des émetteurs de chaleur existants, ceux-ci nécessitent une température haute du fluide échangeur de l’ordre de 50-70°C. Or avec une telle température du fluide échangeur, la performance de la pompe à chaleur est dégradée et même pour une PAC certifiée à 4 ou 5 cette performance peut descendre en dessous de 2 en moyenne sur l’année, car l’émetteur de chaleur ne permet pas à la PAC de fonctionner dans un régime favorable. Dans le cas d’une pompe à chaleur air/eau, un émetteur idéal devrait fonctionner avec une température de fluide basse, comprise entre 25 et 35°C tout en assurant une diffusion efficace de chaleur ou de froid et en consommant une faible quantité d’énergie. Pour parvenir à une performance et en même temps à un confort optimisé, l’idéal est de combiner dans l’émetteur intelligemment les différents types d’échanges thermiques, c’est-à-dire la conduction, la convection naturelle, la convection forcée et le rayonnement. Il existe des dispositifs en kit comprenant des petits ventilateurs qui se posent entre les lamelles d’un émetteur à eau et qui permettent de rajouter des échanges par convection forcée, augmentant ainsi les performances de l’émetteur qui diffuse principalement par convection naturelle et par rayonnement. Le document WO2007000444 décrit un système de chauffage et/ou de rafraichissement disposé sur le mur d’une pièce à l’endroit de la plinthe. L’émetteur est constitué de deux tubes parallèles transportant le fluide caloporteur, entourés de diffuseur à ailettes. Le système comprend également un tuyau de distribution d’air alimenté par un ventilateur qui fait passer l’air de la pièce du haut vers le bas dans l’échangeur à ailettes. Un des inconvénients d’un tel système réside dans le fait qu’il nécessite un ventilateur puissant pour être déporté et pour pouvoir alimenter un mur jusqu’à 8m de distance. D’autre part, la perte de charge est importante sur une telle longueur, ce qui induit une diffusion non homogène de la chaleur ou du froid selon où on se trouve. De plus, en soufflant l’air chauffé ou refroidi du haut vers le bas limite ce système à un chauffage purement convectif qui réduit drastiquement le confort des occupants. Le document CN212057473U décrit une plinthe chauffante électrique sous forme d’un boitier comprenant un élément chauffant tel qu’un tube chauffant électrique ou un fil chauffant disposé dans la longueur du boitier, des ventilateurs placés sous l’élément chauffant, et une sortie d’air sur la surface supérieure du boitier. Le flux d’air créé par les ventilateurs et réchauffé par l’élément chauffant est soufflé par la sortie d’air et améliore la diffusion de la chaleur par rapport à une plinthe traditionnelle qui chauffe par convection naturelle uniquement. Le dispositif décrit dans ce document ne permet pas d’obtenir des échanges thermiques optimisés aussi bien en terme d’échanges par convection forcée qu’en terme d’échanges par rayonnement. Il n’est pas non plus conçu et adapté pour fonctionner avec une pompe à chaleur et encore moins de façon à réduire sa consommation. C’est pourquoi, le but de l’invention est de pallier ces inconvénients en fournissant un dispositif émetteur de chaleur ou de froid adapté pour fonctionner avec un très bon rendement lorsqu’il est couplé avec une pompe à chaleur ou un autre système de générateur thermique tout en fournissant une répartition homogène de la température et adapté pour être installé sous forme de kit, par exemple dans le cadre d’une rénovation d’un bâtiment. L’objet de l’invention est donc un émetteur mural adapté pour être disposé sur un mur et pour chauffer et/ou rafraichir une pièce comprenant un module échangeur comportant un ensemble d’ailettes traversé par deux tubes pour la circulation d’un fluide caloporteur, le premier tube pour la circulation aller en provenance d’un générateur thermique et le second tube pour la circulation retour vers le générateur thermique, le module échangeur est chargé de transférer des calories du fluide caloporteur à un flux d’air ou inversement, est pourvu d’une sortie d’air et d’une entrée d’air, le module échangeur comprenant au moins deux ventilateurs alignés et placés perpendiculairement aux ailettes, le flux d’air aspiré par lesdits ventilateurs traversant les ailettes. Selon la caractéristique principale, les ventilateurs sont situés sous les ailettes à distance au moins égale à 1cm des ailettes de façon à ce que le module échangeur comprend une enceinte fermée sur les côtés latéraux et ouverte vers le bas uniquement sur les ventilateurs et vers le haut sur les ailettes, la section de passage de la sortie d’air du module échangeur étant adaptée pour être comprise entre 50 % et 100 % de la section de passage de l’entrée d’air. Brève description des figures Les buts, objets et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : représente une vue en coupe de l’émetteur selon le dispositif de l’invention à circuit d’air ouvert, représente une vue de face de l’émetteur selon le dispositif de l’invention à circuit d’air ouvert, représente une vue en coupe de l’émetteur selon le dispositif de l’invention à circuit d’air fermé, représente une vue de face de l’émetteur selon le dispositif de l’invention à circuit d’air fermé, représente une vue de face de l’émetteur combinée à un dispositif de ventilation à double flux décentralisée, représente une vue en coupe de l’émetteur combinée à un dispositif de ventilation à double flux décentralisée, représente une vue en perspective de l’émetteur combiné à un dispositif de ventilation à double flux décentralisée, représente une vue en coupe de l’émetteur combiné à un dispositif de ventilation à double flux décentralisée et à une pompe à chaleur. Émetteur mural (10, 110) adapté pour être disposé sur un mur (6) et pour chauffer et/ou rafraichir une pièce comprenant un module échangeur comportant un ensemble d’ailettes (16) traversé par deux tubes (15) et (17) pour la circulation d’un fluide caloporteur, le premier tube (15) pour la circulation aller en provenance d’un générateur thermique et le second tube (17) pour la circulation retour vers le générateur thermique, le module échangeur est chargé de transférer des calories du fluide caloporteur à un flux d’air ou inversement, est pourvu d’une sortie d’air et d’une entrée d’air, le module échangeur comprenant au moins deux ventilateurs (20, 201, 202) alignés et placés perpendiculairement auxdites ailettes, le flux d’air aspiré par lesdits ventilateurs traversant les ailettes (16), Caractérisé en ce que lesdits ventilateurs sont situés sous les ailettes à distance au moins égale à 1cm des ailettes de façon à ce que le module échangeur comprend une enceinte (18, 118) fermée sur les côtés latéraux et ouverte vers le bas uniquement sur les ventilateurs et vers le haut sur les ailettes, la section de passage de la sortie d’air du module échangeur étant adaptée pour être comprise entre 50 % et 100 % de la section de passage de l’entrée d’air. Émetteur mural (10, 110) selon la revendication 1 dans lequel l’enceinte (18, 118) comprend au moins une paroi oblique (23) adaptée pour guider le flux d’air, et pour munir ladite enceinte d’une section longitudinale de la forme d’un trapèze, ladite section, prise selon un plan parallèle aux ailettes (16) est constante sur toute la longueur de l’enceinte, de façon à homogénéiser la pression dans l’ensemble du volume d’air contenu dans l’enceinte et à favoriser une diffusion uniforme du flux d’air sur toute la longueur du module échangeur. Émetteur mural (10, 110) selon la revendication 1 ou 2, adapté pour se connecter par les tubes (15, 17) de chaque côté à un autre émetteur mural (10, 110) de façon à se connecter les uns aux autres en série, chaque émetteur étant positionné entre deux montants (42 et 44) fixés verticalement sur le mur (6), l’épaisseur des montants étant adaptée pour que leur face avant affleure la face avant des ailettes, les tubes (15, 17) de l’émetteur placé en dernier étant reliés par un tube coudé (19). Émetteur mural (10, 110) selon la revendication 3, dans lequel un isolant (7) tel que de la laine de bois est placé entre le module échangeur et le mur (6), au moins sur la partie du mur sur laquelle le module échangeur est fixé et sur la partie du mur située au-dessus. Émetteur mural (10, 110) selon la revendication 3 ou 4 fixé contre un mur (6) de sorte que l’émetteur (10, 110) comprend une plaque (14, 114) sur sa face avant qui fait office de plinthe. Émetteur mural (10) selon la revendication 5, placé sur la partie basse du mur et, l’espace entre les ventilateurs et le revêtement du sol délimitant une zone d’alimentation en air (35) comprenant au moins une ouverture située entre la partie basse de la plaque (14) et le revêtement de sol, un flux d’air entrant (32) provenant de la zone d’alimentation en air est aspiré par les ventilateurs (20) et débouche dans l’enceinte (18). Émetteur mural (10) selon la revendication 6, dans lequel la pression du volume d’air dans l’enceinte (18) augmente et s’homogénéise, ce qui tend à répartir le volume d’air uniformément dans l’enceinte (18) et tend à homogénéiser le flux d’air (34) entrant dans le module échangeur sur toute sa longueur et entre toutes les ailettes, le flux d’air circule ensuite verticalement de bas en haut entre les ailettes (16) où il est réchauffé ou refroidit au contact desdites ailettes par convection forcée et sort par une sortie (26) située à l’extrémité supérieure des ailettes pour déboucher verticalement le long du mur dans la pièce. Émetteur mural (10) selon la revendication 7 dans lequel une paroi (8) de type plaque de plâtre ou couche de finition, recouvre l’isolant (7) et réduit la section de sortie (26). Émetteur mural (110) selon la revendication 5 placé à quelques centimètres au-dessus du revêtement de sol (4) et dans lequel la plaque avant (114) descend jusqu’au revêtement de sol (4), un flux d’air (132) entrant par le bas de l’émetteur, ne provenant pas de la pièce est aspiré par les ventilateurs (201) et débouche dans l’enceinte (118). Émetteur mural (110) selon la revendication 3 ou 9, dans lequel les deux montants verticaux (42 et 44) vont du sol au plafond, un montant vertical intermédiaire (43) est placé entre et à égale distance des montants (42 et 44), l’extrémité inférieure du montant intermédiaire (43) est placée contre la face supérieure de l’échangeur à ailettes (16) et la longueur du montant intermédiaire (43) étant adaptée pour que son extrémité supérieure soit située entre 10 et 20 cm du plafond, l’émetteur (110) comprenant également un séparateur (41) placé entre la face inférieure des ailettes (16) et le support de ventilateurs de façon à séparer l’enceinte (118) en deux parties (181, 182), ledit séparateur étant situé dans le prolongement de l’extrémité inférieure du montant (43) et aligné sur celui-ci. Émetteur mural (110) selon la revendication 10, dans lequel le flux d’air 134 partant de la partie (181) de l’enceinte (118) passe dans une moitié du module échangeur et ressort par l’extrémité supérieure d’une première partie moitié des ailettes (16), le flux d’air monte et est conduit dans un canal ascendant (144) situé entre le montant (44) et le montant intermédiaire (43), le flux d’air passe ensuite dans un espace d’inversion supérieur (150) qui relie le canal ascendant à un canal descendant (142) situé entre le montant (42) et le montant intermédiaire (43), le flux d’air descendant (136) et entrant par l’extrémité supérieure de la seconde moitié des ailettes débouche dans la seconde partie (182) de l’enceinte (118), une plaque de couverture (108) est placée sur les canaux (142, 144) afin qu’il n’y ait pas d’échange d’air entre la pièce et les canaux (142, 144), la circulation de l’air est entretenue par au moins un ventilateur (202) dirigé vers le bas et par au moins un ventilateur (201) dirigé vers le haut, le flux d’air descendant aspiré par les ventilateurs (202) passe dans un espace d’inversion inférieur (135) avant d’être aspiré par les ventilateurs (201) dirigés vers le haut. Émetteur mural (110) selon la revendication 11, dans lequel la pression du volume d’air entrant dans la partie (181) de l’enceinte (118) par le bas et par les ventilateurs (201) augmente et s’homogénéise ce qui tend à répartir le volume d’air uniformément dans la partie (181) de l’enceinte (118) et tend à homogénéiser le flux d’air montant (134) entrant entre toutes les ailettes situées en vis-à-vis de la partie (181) et dans lequel la pression de l’air entrant dans la partie (182) de l’enceinte (118) par le haut diminue et s’homogénéise ce qui tend à répartir le volume d’air uniformément dans la partie (182) de l’enceinte (118) et tend à homogénéiser le flux d’air descendant (136) entrant dans l’échangeur et entre toutes les ailettes situées en vis-à-vis de la partie (182). Émetteur mural (110) selon l’une des revendications 10 à 12 associé à d’autres émetteurs muraux (210, 310) du même type formant un ensemble d’émetteurs muraux, les émetteurs (110, 210, 310) étant placés en série et dans lequel le sens de circulation du flux d’air dans l’émetteur mural (210) est inversé par rapport au sens de circulation du flux d’air de l’émetteur mural voisin (110, 310). Émetteur mural (10) selon la revendication 6, 7 ou 8, combiné à un dispositif de ventilation à double flux décentralisée (50) comportant : - un dispositif récupérateur de chaleur (51), - deux conduites d’air (52) et (54) reliant l’extérieur à l’intérieur de la pièce, chaque conduite (52, 54) étant équipé d’au moins un ventilateur axial d’insufflation et d’extraction (521) ou (522), ledit ventilateur d’extraction assurant la sortie d'un flux d'air, dit air vicié, de la pièce et ledit ventilateur d'insufflation assurant l'entrée d'un flux d'air extérieur, dit air neuf, dans la pièce, les conduites (52, 54) comportant respectivement une sortie (62, 64) dans la pièce et une sortie extérieure (525) munie d’une grille, - les sorties (62, 64) débouchant dans la zone d’alimentation en air (35) de l’émetteur mural (10) sont dirigées le long du mur (6), respectivement à droite et à gauche. Émetteur mural (10) selon la revendication 14, dans lequel le sens de circulation de l’air dans les conduites (52, 54) est opposé et inversé périodiquement de façon à ce que lesdites conduites fonctionnent alternativement en mode extraction et en mode insufflation. Émetteur (10) selon la revendication 15, dans lequel lorsque le générateur thermique de l’émetteur (10) est à l’arrêt, une première partie des ventilateurs (20) de l’émetteur (10) est en fonctionnement, correspondant aux ventilateurs situés du côté de la sortie de la conduite d’insufflation (52) ou (54) et lorsque le sens de circulation de l’air est inversé dans les conduites (52) et (54), la première partie des ventilateurs 20 s’arrête tandis que la seconde partie se met en marche. Émetteur mural (10, 110) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel les tubes (15, 17) de circulation de fluide caloporteur des émetteurs (10, 110) d’une même pièce sont reliés à un générateur thermique de type pompe à chaleur (70) dédiée à la pièce et placée sur la face extérieure du mur (6) supportant l’émetteur (10, 110). Émetteur mural (10) selon la revendication 14, 15 ou 16, dans lequel les tubes (15, 17) de circulation de fluide caloporteur des émetteurs (10, 110) d’une même pièce sont reliés à un générateur thermique de type pompe à chaleur (70) dédié à la pièce et placée sur la face extérieure du mur (6) supportant l’émetteur (10) de façon à ce que l’air entrant dans la pompe (70) est un mélange comprenant l’air vicié expulsé par le conduit d’extraction (52) ou (54) et de l’air frais extérieur aspiré dans une admission d’air frais (72) grâce à au moins un ventilateur (74). Émetteur mural (10) selon la revendication 18, dans lequel la pompe à chaleur (70) comprend deux échangeurs, un premier échangeur dont une admission en air vicié (76) est placée sur la sortie (525) de la conduite d’extraction (52) du dispositif de ventilation (50) et un second échangeur dont une admission en air vicié (76) est placée sur la sortie (525) de la conduite d’extraction (54) du dispositif de ventilation (50). Émetteur mural (10) selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la pompe à chaleur (70) comprend un dispositif de régulation qui commande l’arrêt de la pompe à chaleur (70) selon un algorithme de dégivrage adapté pendant une période donnée pendant laquelle l’air entrant dans la pompe à chaleur provient uniquement de la sortie des conduites de ventilation (52) et (54) et permet le dégivrage de l’échangeur en hiver. Système de chauffage ou de rafraichissement intégrant au moins un émetteur mural (10, 110) selon l’une des revendications 1 à 20.