Brevet FR3156888A1 — publié le 20250620

La présente invention concerne une installation (I) de déshumidification et de traitement de l’air d’un bâtiment (B) comportant : - une entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) et une sortie d'air soufflé (SAS) ; - une entrée d'air repris (EAR) et une sortie (SAR) caractérisée par le fait qu’elle comporte : - une première veine de circulation d’air (V1) avec au moins un dispositif de filtration dudit air neuf (F1, F2), le premier échangeur (10) d’un dispositif (1) d’échange de chaleur, le condenseur (20) d’une machine thermodynamique (2), et au moins un ventilateur (T1) ; - une deuxième veine de circulation d’air (V2) avec au moins un dispositif de filtration (F3) dudit air repris, au moins un ventilateur (T3), le second échangeur (11) dudit dispositif (1) ; - une veine (V3) avec, entre son entrée et sa sortie, l’évaporateur (21) de ladite machine (2), et un ventilateur (T2). Figure 1 Installation de déshumidification et de traitement de l’air d’un bâtiment abritant un bassin contenant de l’eau, tel qu’une piscine DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à une installation de déshumidification et de traitement de l’air d’un bâtiment abritant un bassin contenant de l’eau, tel qu’une piscine. ETAT DE LA TECHNIQUE Les technologies de pompe à chaleur thermodynamique à haute efficacité énergétique pour des applications de déshumidification, existent depuis longtemps. Le présent déposant propose du matériel permettant d’assurer cette fonction technique. Il s’agit de matériel reconnu pour ses performances, et dont la technologie est maitrisée. Les bâtiments abritant des piscines font partie des bâtiments les plus énergivores, tant pour le chauffage de l’air, pour la déshumidification de celui-ci, que pour le chauffage de l’eau des bassins de piscine. La viabilité financière d’une piscine est directement liée à sa consommation énergétique, qui constitue un poste prépondérant de charges. La plupart des piscines municipales sont en effet en déficit, et ce, en grande partie, en raison de ces dépenses importantes. En outre, la déshumidification d’une piscine et le traitement de l’air du local ou des locaux qui l’abrite est critique pour assurer la santé des baigneurs et visiteurs. En effet, les émanations de gaz toxiques pour l’homme lié à l’usage du chlore imposent des contraintes très poussées sur le traitement de l’air. Enfin, pour préserver le bâtiment et le confort des occupants (nageurs, personnel et spectateurs), le couple température / humidité de l’air doit être maitrisé. Les installations qui abritent une piscine au sens large (c'est-à-dire un bassin artificiel destiné à la natation, à la plongée, à des activités ludiques, à des exercices médicaux ou paramédicaux) donc très exigeantes sur le matériel énergétique. La topologie des matériels de déshumidification historiquement fabriqués par le présent déposant est basée sur une déshumidification principalement gérée par la thermodynamique uniquement. La gestion de l’air neuf (c'est-à-dire de l’air nouvellement introduit dans l’installation) est uniquement utilisée pour traiter la toxicité de l’air ambiant, par exemple chargé de gaz trichloramine. Ces systèmes présentent une efficacité reconnue mais des optimisations sont possibles selon les deux axes suivants : - Maximisation du temps de fonctionnement des compresseurs ; - Apport d’air neuf plus important pour traiter massivement l’air ambiant, associé à de la récupération de calories, laquelle est adaptée à un taux important d’air neuf important pour permettre la déshumidification en fonction des conditions extérieures au bâtiment. La solution proposée jusqu’ici consiste à un système qui intègre quatre fonctions bien distinctes : - une première fonction de traitement de l’air neuf, qui permet de maximiser la qualité de l’air ambiant et d’assurer la déshumidification de l’air d’une grande partie des besoins du bâtiment. - une deuxième fonction de récupération massive de calories à partir de l’air destiné à être rejeté à l’extérieur, pour préchauffer l’apport important d’air neuf. - une troisième fonction de régulation permettant le pilotage du système complet et en cohérence, en vue de maximiser les performances de déshumidification, de qualité d’air et d’énergie. - une quatrième fonction thermodynamique de déshumidification en détente directe d’une partie de l’air repris du bâtiment et réinjecté dans le celui-ci ou une quatrième fonction thermodynamique de récupération massive de calories sur l’air rejeté à l’extérieur, à destination du préchauffage des bassins et/ou de l’air ambiant. Actuellement, sur le marché, ces quatre fonctions sont intégrées dans des matériels distincts, lesquels fonctionnent chacun en autonomie et séparément. La fonction de déshumidification thermodynamique existante est basée sur des technologies de récupération sur une boucle d’eau intermédiaire, ce qui rend sa mise en œuvre complexe et ajoute des rendements intermédiaires d’échangeurs. Cela réduit donc les performances globales de l’ensemble. De plus, des tels matériels occupent une place non négligeable, ce qui est difficilement compatible avec la relative exiguïté des locaux techniques destinés à les recevoir. L’invention se propose de pallier les problèmes énoncés ci-dessus, à savoir : - multiplicité des matériels à mettre en œuvre pour assurer les différentes fonctions - complexité de mise en œuvre ; - performances énergétiques perfectibles ; - défaut de compacité rendant difficile l’intégration dans des locaux techniques exigus. PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, la présente invention propose une installation de déshumidification et de traitement de l’air d’un bâtiment abritant un bassin contenant de l’eau tel qu’une piscine, comprenant : - d'une part une entrée d'air neuf provenant de l'extérieur dudit bâtiment, ainsi qu'une sortie d'air soufflé en direction dudit bâtiment ; - d'autre part une entrée d'air repris provenant dudit bâtiment et une sortie de l’air repris en direction de l’extérieur dudit bâtiment, caractérisée par le fait qu’elle comporte : - une première veine de circulation d’air avec, d’amont en aval en suivant le cheminement de l’air entre ladite entrée d'air neuf provenant de l'extérieur dudit bâtiment et ladite sortie d'air soufflé en direction dudit bâtiment, au moins un dispositif de filtration dudit air neuf, le premier échangeur d’un dispositif d’échange de chaleur, le condenseur d’une machine thermodynamique à détente directe, et au moins un ventilateur de soufflage ; - une deuxième veine de circulation d’air avec, d’amont en aval en suivant le cheminement de l’air entre ladite entrée d’air repris et ladite sortie d’air repris en direction de l’extérieur dudit bâtiment, au moins un dispositif de filtration dudit air repris, au moins un ventilateur de reprise, le second échangeur dudit dispositif d’échange de chaleur ; - une veine de bypass qui comporte une entrée connectée à la deuxième veine de circulation d’air, entre ledit au moins un dispositif de filtration dudit air repris et ledit au moins un ventilateur de reprise, ainsi qu’une sortie connectée à la première veine de circulation d’air, entre le premier échangeur de ladite batterie de récupération enthalpique à deux échangeurs, et ledit condenseur de ladite machine thermodynamique à détente directe, entre cette entrée et cette sortie étant montés l’évaporateur de ladite machine thermodynamique à détente directe, ainsi qu’au moins un ventilateur. Grâce à la solution de l’invention et en termes de compacité, les différentes fonctions interconnectées les unes aux autres permettent de gagner de la place et, ainsi, de faciliter la mise en place de l’installation même dans des locaux exigus, tels que les locaux techniques qui équipent les piscines. En termes de coût et simplicité de mise en œuvre, cette installation est particulièrement adaptée, car elle est du type « plug and play ». En termes de performances énergétiques, la fonction de déshumidification fonctionne en détente directe, donc sans fluide intermédiaire, de sorte que les gains de performances sont de l’ordre de 20% par rapport à une solution basée sur une fluide intermédiaire. De plus, le condenseur thermodynamique permet de récupérer les calories prélevées sur la fonction de déshumidification, tout en maximisant la surface d’échange. Ainsi, les performances thermodynamiques sont maximisées. Par ailleurs, le compresseur est dimensionné sur sa pleine puissance de fonctionnement sans marche /arrêt, de sorte qu’il n’y a pas de pertes par effet transitoire. Enfin, un seul automate est en mesure de piloter toutes les fonctions, ce qui maximalise la cohérence et les économies d’énergie. par une gestion précise de l’apport d’air neuf et de la récupération d’énergie. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cette installation, prises seules ou selon une combinaison techniquement compatible d'au moins deux d'entre elles : - ladite première veine comporte, en aval dudit condenseur et en amont dudit au moins un ventilateur de soufflage, une batterie à eau chaude ; - ledit dispositif est choisi dans le groupe constitué par : une batterie de récupération enthalpique, un échangeur à plaques, à roue ou à caloduc ; - elle comprend une veine de recyclage de l’air repris, qui comporte une entrée connectée à ladite deuxième veine de circulation d’air, entre ledit au moins un ventilateur de reprise et ledit second échangeur de ladite batterie de récupération enthalpique à deux échangeurs, ainsi qu’une sortie connectée à la première veine de circulation d’air, en aval dudit premier échangeur de ladite batterie de récupération enthalpique à deux échangeurs ; - ladite veine de recyclage de l’air repris est pourvue d’un registre conformé pour être soit ouvert soit fermé, et ainsi permettre la circulation d'air, respectivement empêcher la circulation d'air ; - ladite entrée d’air neuf, ladite sortie d'air soufflé en direction dudit bâtiment, ainsi que ladite sortie de l’air repris en direction de l’extérieur dudit bâtiment sont pourvues de registres indépendants conformés pour être soit ouverts soit fermés, et ainsi permettre la circulation d'air, respectivement empêcher la circulation d'air ; - au moins desdits registres est motorisé ; - elle comporte, au sein de la veine de bypass, un second dispositif d’échange de chaleur, dont un premier échangeur est installé en amont dudit condenseur de ladite machine thermodynamique, tandis que le second est installé en aval de ce dernier ; - le fluide qui circule dans ledit dispositif est de l’eau glycolée. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, des modes de réalisation possibles. Sur ces dessins : La FIG. 1 est une vue très schématique d'une première forme de réalisation de l’installation selon la présente invention ; La FIG. 2 est une vue très schématique d'une deuxième forme de réalisation de l’installation selon la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A la FIG. 1 est représentée très schématiquement une installation I conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention. Sur cette figure, on a référencé EXT l’extérieur d’un bâtiment B qui abrite un bassin contenant de l’eau, tel qu’une piscine PS. L’installation I est par exemple mise en place dans un local technique qui est intégré dans le bâtiment B ou qui jouxte ce dernier. Dans une variante, cette installation I est positionnée sur le toit du bâtiment B ou à l'extérieur, par exemple sur un parking. On a respectivement référencé EAN, SAS, EAR et SAR, l’entrée d’air neuf provenant de l’extérieur EXT à l’intérieur de l’installation I, la sortie d’air soufflé de l’installation I vers l’intérieur du bâtiment B, l’entrée d’air repris du bâtiment B vers l’intérieur de l’installation I et la sortie d’air repris à l’extérieur EXT de l’installation I. L’installation intègre une première veine de circulation d’air V1 qui s’étend entre l’entrée EAN et la sortie SAS. D’amont en aval en suivant le cheminement de l’air entre cette entrée d'air neuf EAN et la sortie d'air soufflé SAS, l’installation comprend un registre R1 optionnel et de préférence motorisé, qui est conformé pour être soit ouvert soit fermé, et ainsi permettre la circulation d'air, respectivement empêcher la circulation d'air, au moins un dispositif de filtration dudit air neuf F1, F2, le premier échangeur 10 d’une batterie 1 de récupération enthalpique à deux échangeurs, le condenseur 20 d’une machine thermodynamique à détente directe, une batterie à eau chaude 3 et au moins un ventilateur de soufflage T1. En lieu et place de la batterie 1 de récupération enthalpique à deux échangeurs, on pourrait avoir affaire à un échangeur à plaques, à roue ou à caloduc. Ainsi, l’air qui entre dans l’installation I est d’abord filtré par les dispositifs F1 et F2, dans le but de le débarrasser de particules polluantes, notamment de tailles différentes. Ici sont représentés deux filtres. Dans une variante, on pourrait faire usage d’un seul filtre ou d’un nombre supérieur à deux. En aval des deux filtres F1 et F2 est prévu, dans le sens de circulation de l’air, le premier échangeur 10 d’une batterie 1 de récupération enthalpique. Le second échangeur 11 de cette batterie est placé au sein d’une deuxième veine de circulation d’air V2, sur laquelle on reviendra plus loin dans la description. À l’intérieur de ces deux échangeurs 10 et 11 circule de l’eau via une canalisation 12 formant une boucle, laquelle est couplée à une pompe de circulation 13. En aval de l’échangeur 10 est prévu, toujours au sein de la veine de circulation V1, le condenseur 20 d’une machine thermodynamique 2 à détente directe. Sur la figure, seuls le condenseur 20 et l’évaporateur 21 de cette machine 2 sont représentés. L’évaporateur 21 est intégré au sein d’une troisième veine de bypass V3 sur laquelle on reviendra ultérieurement. En aval du condenseur 20 est installé une batterie à eau chaude 3 constitué d’un échangeur eau/air à travers lequel circule une boucle d’eau chaude alimentée par le réseau d’eau chaude du bâtiment B. Enfin, entre cette batterie 3 et la sortie d’air soufflé SAS, sont prévus un ventilateur de soufflage T1, de préférence à débit fixe, ainsi qu’un registre R2 optionnel, et de préférence motorisé. L’installation intègre une deuxième veine de circulation d’air V2 qui s’étend entre la sortie EAR et la sortie SAR. D’amont en aval en suivant le cheminement de l’air entre cette entrée d'air EAR repris du bâtiment B et la sortie d'air repris SAR vers l’extérieur EXT, cette deuxième veine de circulation d’air V2 comporte au moins un dispositif de filtration F3 de l’air repris, par exemple du même type que les filtres F1 et F2, au moins un ventilateur de reprise T3, et le second échangeur 11 de ladite batterie 1 de récupération enthalpique commentée plus haut. L’installation de la FIG. 1 comporte également une troisième veine, qui constitue une veine de bypass V3. Son entrée est connectée à la deuxième veine de circulation d’air V2, entre le dispositif de filtration dudit air repris F3 et le un ventilateur de reprise T3. Sa sortie est quant à elle connectée à la première veine de circulation d’air V1, entre le premier échangeur 10 de ladite batterie 1 de récupération enthalpique, et le condenseur 20 de ladite machine thermodynamique à détente directe 2. Entre cette entrée et cette sortie sont montés l’évaporateur 21 de la machine thermodynamique à détente directe 2, ainsi qu’au moins un ventilateur de reprise T2, de préférence à débit fixe. Enfin et de manière optionnelle, l’installation I comporte une quatrième veine de recyclage de l’air repris V4, qui comporte une entrée connectée à la deuxième veine de circulation d’air V2, entre le ventilateur de reprise T3 et le second échangeur 11 de ladite batterie 1, ainsi qu’une sortie connectée à la première veine de circulation d’air V1, en aval dudit premier échangeur 10 de ladite batterie 1. On décrit ci-après le traitement de l’air au sein de l’installation de la FIG. 1 . Après avoir été filtré par les filtres F1 et F2, l’air sec et frais qui rentre dans la veine V1 via l’entrée EAN est considérablement préchauffé en traversant l’échangeur 10 de la batterie 1. Cet air est ensuite mélangé avec de l’air déshumidifié issu de la veine de bypass V3, réchauffé une seconde fois au contact du condenseur 20 de la machine thermodynamique 2, puis une troisième fois par la batterie à eau chaude 3. Ainsi, l’air peut être soufflé via la sortie SAS, à l’intérieur du bâtiment B, par exemple à une température de l’ordre de 34°C. L’air chaud et humide qui circule dans le bâtiment B est repris dans la veine V2 via l’entrée EAR. Une partie de cet air est acheminée, via le ventilateur de reprise T3, en direction de l’échangeur 11. Au contact de cet échangeur froid, l’air chaud et humide perd une partie de ses calories et les transfert au fluide qui circule à l’intérieur de la batterie de récupération enthalpique 1. Enfin, l’air plus frais qui a traversé l’échangeur 11 est évacué vers l’extérieur EXT via la sortie SAR. L’autre partie de l’air repris du bâtiment B est dirigée dans la veine de bypass V3, où elle subit une déshumidification au contact de l’évaporateur 21 de la machine 2. L’air est ensuite réacheminé dans la veine V1 via le ventilateur T2. La veine V4 permet de maintenir le débit d’air au sein de l’installation lorsque l’apport d’air neuf est réduit par la régulation du système. L’air est ainsi recyclé pour maintenir les fonctions thermodynamiques et le taux de brassage à l’intérieur du bâtiment. Sur la FIG. 1 , on a repéré par un rectangle A1 les équipements qui assurent les fonctions d’apport d’air neuf, de filtration et de préchauffage de l’air neuf. Le rectangle A2 identifie les équipements de récupération de calories sur l’air repris. On note d’emblée l’interconnexion et la synergie entre ces équipements, dans la mesure la récupération de calories sur l’air repris permet de préchauffer l’air neuf au sein de la veine V1. Le rectangle A3 identifie quant à lui les équipements qui participent à la déshumidification thermodynamique d’une partie de l’air repris dans le bâtiment. La variante de réalisation illustrée très schématiquement à la FIG. 2 reprend l’architecture et les équipements de la première variante de la FIG. 1 . Dans ces conditions, seront décrits ci-après seulement les équipements additionnels de cette variante. Le premier ajout se situe au niveau de la troisième veine de bypass V3. En effet, une seconde batterie 4 de récupération enthalpique à deux échangeurs est intégrée au sein de cette veine. Plus précisément, un échangeur 41 est installé en amont du condenseur 21 de ladite machine thermodynamique à détente directe 2 et un second échangeur 40 en aval de ce dernier. Les références 42 et 43 désignent respectivement la canalisation et la pompe de circulation de cette boucle. Cette batterie 4 permet de maximiser encore les performances de l’équipement thermodynamique 2. De préférence et pour éviter des casses d’échangeur par le gel en cas d’arrêt de l’installation, on fait circuler de l’eau glycolée dans cette batterie 4. Grâce à ce matériel additionnel, on peut réduire jusqu’à deux fois la taille du compresseur de la machine thermodynamique, pour la même capacité de déshumidification. Les gains énergétiques directs sont de l’ordre de 25%. Le dimensionnement est réalisé de telle sorte que la partie thermodynamique fonctionne 24h/24 7j/7, de sorte que les gains sont très significatifs sur la facture énergétique du bâtiment. De la même manière que précédemment, la batterie 4 pourrait être remplacée par un échangeur à plaques, à roue ou à caloduc. Le second ajout, qui est optionnel réside dans une veine additionnelle V5 qui permet de recycler une partie de l’air repris, juste en aval du filtre F3, en vue de le réinjecter dans la veine V1, entre la batterie 3 et le ventilateur T1. Aussi bien pour la première que la deuxième variante de réalisation, un seul et même automate programmable est configuré pour piloter tous les équipements de l’installation, maximisant ainsi la cohérence et les économies d’énergie par une gestion précise de l’apport d’air neuf et de la récupération d’énergie. Installation (I) de déshumidification et de traitement de l’air d’un bâtiment (B) abritant un bassin (PS) contenant de l’eau tel qu’une piscine, comprenant : - d'une part une entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), ainsi qu'une sortie d'air soufflé (SAS) en direction dudit bâtiment (B) ; - d'autre part une entrée d'air repris (EAR) provenant dudit bâtiment (B) et une sortie de l’air repris (SAR) en direction de l’extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), caractérisée par le fait qu’elle comporte : - une première veine de circulation d’air (V1) avec, d’amont en aval en suivant le cheminement de l’air entre ladite entrée d'air neuf (EAN) provenant de l'extérieur (EXT) dudit bâtiment (B) et ladite sortie d'air soufflé (SAS) en direction dudit bâtiment (B), au moins un dispositif de filtration dudit air neuf (F1, F2), le premier échangeur (10) d’un dispositif (1) d’échange de chaleur, le condenseur (20) d’une machine thermodynamique (2) à détente directe, et au moins un ventilateur de soufflage (T1) ; - une deuxième veine de circulation d’air (V2) avec, d’amont en aval en suivant le cheminement de l’air entre ladite entrée d’air repris (EAR) et ladite sortie d’air repris (SAR) en direction de l’extérieur (EXT) dudit bâtiment (B), au moins un dispositif de filtration (F3) dudit air repris, au moins un ventilateur de reprise (T3), le second échangeur (11) dudit dispositif (1) d’échange de chaleur; - une veine de bypass (V3) qui comporte une entrée connectée à la deuxième veine de circulation d’air (V2), entre ledit au moins un dispositif de filtration dudit air repris (F3) et ledit au moins un ventilateur de reprise (T3), ainsi qu’une sortie connectée à la première veine de circulation d’air (V1), entre le premier échangeur (10) de ladite batterie (1) de récupération enthalpique à deux échangeurs, et ledit condenseur (20) de ladite machine thermodynamique à détente directe (2) , entre cette entrée et cette sortie étant montés l’évaporateur (21) de ladite machine thermodynamique à détente directe (2), ainsi qu’au moins un ventilateur (T2). Installation (I) selon la revendication 1, caractérisée par le fait ladite première veine (V1) comporte, en aval dudit condenseur (20) et en amont dudit au moins un ventilateur de soufflage (T1), une batterie à eau chaude (3). Installation (I) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que ledit dispositif (1) est choisi dans le groupe constitué par : une batterie de récupération enthalpique, un échangeur à plaques, à roue ou à caloduc. Installation (I) selon l’une des revendication 1 à 3, caractérisée par le fait qu’elle comprend une veine de recyclage de l’air repris (V4), qui comporte une entrée connectée à ladite deuxième veine de circulation d’air (V2), entre ledit au moins un ventilateur de reprise (T3) et ledit second échangeur (11) dudit dispositif (1) d’échange thermique, ainsi qu’une sortie connectée à la première veine de circulation d’air (V1), en aval dudit premier échangeur (10) dudit dispositif (1) d’échange thermique. Installation (I) selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ladite veine de recyclage de l’air repris (V4) est pourvue d’un registre conformé (R4) pour être soit ouvert soit fermé, et ainsi permettre la circulation d'air, respectivement empêcher la circulation d'air. Installation (I) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que ladite entrée d’air neuf (EAN), ladite sortie d'air soufflé (SAS) en direction dudit bâtiment(B), ainsi que ladite sortie de l’air repris (SAR) en direction de l’extérieur (EXT) dudit bâtiment (B) sont pourvues de registres indépendants (R1, R2, R3) conformés pour être soit ouverts soit fermés, et ainsi permettre la circulation d'air, respectivement empêcher la circulation d'air. Installation (I) selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisée par le fait qu’au moins desdits registres (R1-R4) est motorisé. Installation (I) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu’elle comporte, au sein de la veine de bypass (V3) , un second dispositif (4) d’échange de chaleur, dont un premier échangeur (41) est installé en amont dudit condenseur (21) de ladite machine thermodynamique (2), tandis que le second (40) est installé en aval de ce dernier. Installation (I) selon la revendication 8, caractérisée par le fait que le fluide qui circule dans ledit dispositif (4) est de l’eau glycolée.