Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif
d'alimentation en air de ventilation des différentes pièces d'un local.
II est connu que les différentes pièces d'un local, tel qu'un
logement, présentent des besoins de ventilation variable, en fonction de leur
occupation par des personnes, et en fonction de leurs conditions
d'utilisation.
Ces besoins évoluent selon des cycles qui ne sont pas prévisibles,
et qui peuvent être très différents d'un logement à l'autre, voire d'une pièce
à
l'autre d'un même logement, ou pour une même pièce, varier au cours de la
durée d'occupation du logement.
1o II existe différentes techniques de ventilation de locaux.
La première technique consiste à réaliser une extraction mécanique
à débit fixe dans les pièces techniques, avec des entrées d'air passives dans
les pi8ces principales.
Une seconde technique consiste à réaliser une extraction
mécanique dans les pièces techniques, asservie à un besoin dans les pièces :.
techniques, avec des entrées d'air passives, asservies ou non dans les pièces
principales.
Une troisième technique consiste à réaliser une ventilation à
double flux, consistant en une extraction mécanique simple dans les pièces
techniques et une insufflation simple dans les pièces principales,
l'extraction
et l'insufflation étant réalisées avec des débits égaux.
Les première et troisième solutions concernent des installations de
ventilation à débits fixes qui sont peu en rapport avec le besoin de débits
variables qui existe actuellement.
La seconde solution présente l'avantage d'asservir la ventilation à
un besoin exprimé dans les pièces techniques, dans la mesure où l'extraction
est asservie, et dans les pièces principales dans la mesure où les entrées
d'air
sont asservies.
Toutefois, le principal défaut de cette dernière technique est de
3o n'assurer qu'une variation de section des entrées d'air et non une
variation de
débit réel dans les pièces où elles sont installées. En effet, le débit qui
passe
par les pièces principales est le même que celui qui est extrait
mécaniquement dans les pièces techniques. Le débit total extrait est réparti
au prorata des surfaces ouvertes sur l'extérieur dans chaque pièce. Le débit
1
,,t.,.. . ; ,. ,:, :.." . , .. :. ,
passant par ces pièces résulte donc de la section relative d'ouverture des
entrées d°air, mais égaiement des fuites éventuelles du logement qui
sont
réparties de façon aléatoire et perturbent le bon fonctionnement de
l'ensemble.
11 doit être noté qu'il est fréquent de rencontrer des logements osa
les fuites parasites sont équivalentes à la section maximale d'ouverture des
entrées d'air. Ces fuites sont très gênantes pour les débits les plus faibles
car
la répartition d°air du débit extrait n'est alors plus assurée en
fonction des
sections des entrées d'air, mais en fonction des sections des entrées d'air
so augmentées des fuites.
De même, si une fenêtre est ouverte dans une chambre, par
exemple, l'essentiel du débit extrait provient de cette chambre, et les autres
pièces, même si elles ont des besoins de ventilation plus importants, sont peu
ventilées ou mal ventilées.
II faut également tenir compte du fait qu'il n'est pas possible de
définir une valeur moyenne des fuites de logements, sur un grand nombre de
logements, ce qui empêche de considérer une pression stable de part et
d'autre de l'entrée d°air. Or, c°est cette pression qui génère
le débit à travers
la section de passage.
2o En outre, la technique des entrées d'air naturelles ne permet pas
de lutter très efficacement contre le bruit extérieur, du fait de la perte de
charge qu'entraînent, en gënéral, les dispositifs d'absorption acoustique.
Enfin, il est impossible d'interposer un filtre efficace, destiné à
assurer la rétention des poussières ou similaires, entre I°extérieur et
l'intêrieur
de la maison, car un tel filtre nécessite une pression de fonctionnement
incompatible avec les valeurs usuelles en passage naturel.
L.e but de l'invention est de fournir un dispositif assurant une
stabilité de la pression de l'air admis dans les différentes pièces d'un
local,
indépendamment des fuites alëatoires de ce focal, quel que soit le débit
3o demandé dans chacune des pièces principales, et quelles que soient les
conditions extérieures telles que vent ou température.
Un autre but de l'invention est de pouvoir réaliser la filtration de
l'aïr admis dans le local et, éventuellement, le préchauffage de celui-ci.
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~~~~~~J
A cet effet, le procédé qu'elle concerne consiste à fournir aux
différentes pièces du local de l'air sous basse pression stable, à !'aide
d°un
ventilateur à relativement haute pression, â alimenter !e ventilateur, d'une
part, à l'aide d'air neuf et, d'autre part, à l'aide d'air recyclé, c'est-à-
dire
â ayant été entraîné par le ventilateur et non admis dans le local, et à
régler les
proportions respectives d'air neuf et d'air recyclé, de telle sorte que la
proportion d'air neuf augmente et la proportion d'air recyclé diminue, lorsque
les besoins en ventilation augmentent, et que la proportion d'air r;euf
diminue
et la proportion d'air recyclé augmente, lorsque les besoins en ventilation
1o diminuent, de façon que le débit du ventilateur reste relativement
constant.
La basse pression stable est obtenue par recyclage interne variable
sur un ventilateur travaillant à débit et pression sensiblement fixes (cette
pression étant comprise entre 80 et 180 Pa), !a basse pression fixe de
répartition dans les pièces du local étant comprise entre 5 et 40 Pa.
15 Selon un mode de mise en oeuvre, ce procédé consiste à faire
varier, de façon simultanée et en sens contraire, les sections de vannes
disposées sur une ouverture d'amenée d°air neuf au ventilateur et sur
un
conduit de recyclage de l'air.
Avantageusement, ce procédé consiste à régler les proportions
2o d'air neuf et d'air recyclé en contràlant la différence des pressions
régnant,
respectivement, en amont du ventilateur dans une zone soumise aux
influences de l'air recyclé et de l'air neuf, et en aval du ventilateur dans
une
zone située en amont des conduits d'alimentation en air des différentes
pièces du local.
25 Les sections des vannes, disposées sur l'ouverture d'amenée d'air
neuf au ventilateur et sur le conduit de recyclage en air, varient
simultanément et en sens contraire pour augmenter ou diminuer le débit d'air
neuf et dïminuer ou augmenter le débit d'air recyclé tout en maintenant un
débit total fixe.
30 Suivant une possibilité, la différence des pressions en amont du
ventilateur et en amont des conduits d'alimentation des différentes pièces,
est définie par rapport à une pression de référence. Les proportions choisies
sont fixes et non variables.
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~~~~~ 9
Cette pression de référence est obtenue par mélange des
pressions, respectivement, de l'air neuf à I°extérieur du local, et de
l'air à
l'intérieur du local.
Suivant une possibilité, la pression de réfiérence est obtenue par
mélange de 0,5 à 0,15 fois la pression de l'air neuf et de 0,5 é 0,85 fois la
pression de I°air à l'intérieur du local. Les proportions choisies sont
fixes et
non variables.
La lecture de l'écart de pression peut se faire périodiquement,
étant donné qu'il n'est pas nécessaire d'ajuster en permanence les pressions
1o pour une utilisation en ventilation, les variations de besoins des pièces
principales étant toujours assez lents.
En outre, il est possible de ne modifier le réglage que lorsque
plusieurs mesures successives donnent la même information, afin d'éviter les
défauts de mesure pouvant intervenir en conséquence d'éléments extérieurs
tels que rafales de vent, portes qui claquent ou autres.
Suivant une autre caractéristique, ce procédé consiste é disposer
des éléments de perte de charge en amont et en aval du ventilateur, pour
obtenir des pressions équilibrées au niveau du ventilateur et pour abaisser la
pression de l'air fourni aux conduits d'alimentation des pièces du local, par
2o rapport à la pression fournie par ie ventilateur.
Ceci permet, quoique disposant d'un ventilateur fonctionnant à
relativement haute pression, d'assurer une alimentation en basse pression des
pièces du local à ventiler, ce qui est un facteur de confort en limitant
notamment le bruit. Ainsi, il est possible de crëer de part et d'autre du
ventilateur deux compartiments dans lesquels 1a pression sera à une valeur
intermédiaire, par exemple 30 %, 50 % ou 70 % de la pression totale du
ventilateur.
Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un
caisson présentant un conduit d'entrée d'air neuf communiquant avec
l'extérieur et équipée d'une vanne, et des embouts de sortie d'air raccordés
aux conduits d'alimentation en air du local, ce caisson étant équipé d'un
ventilateur, et d'un conduit de recyclage qui, ramenant une partie de l'air de
la zone comportant les embouts de sortie vers fa zone comportant l'entrée
d'air neuf, est muni d'une vanne de réglage dont la section est actionnée en
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synchronisme et en sens inverse de la vanne d'entrée d'air neuf, en
maintenant fixe le débit amené au ventilateur.
En outre, en amont et en aval du ventilateur sont ménagées deux
chambres délimitées pour celle disposée en amont par un filtre et pour celle
disposée en aval par une réduction de section générant sensiblement la méme
perte de charge que le filtre.
Avantageusement, pour assurer un équilibrage des pressions en
amont et en aval du ventilateur, l'élément réducteur de section placé en aval
du filtre possède une section égale à ia section équivalente du filtre propre
1o diminuée de la moitié de la variation de section équivalente du filtre en
cours
d'encrassement.
Selan une possibilité, le filtre est un filtre è enroulement, dont le
mouvement de renouvellement est déclenché par dépassement d'un écart
défini entre les pressions relatives IPi - P2) et (P3 - Pi) régnant
immédiatement
en amont et en aval du ventilateur.
Selon une forme d'exécution de ce dispositif , les vannes situées
sur l'entrée d°air neuf et dans le conduit de recyclage sont
constituées par
une vanne unique en forme de vanne mélangeuse à trois voies.
De toute façon, f°invention sera bien comprise à l'aide de la
description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant,
à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce
dispositif
Figures 1 et 2 sont deux vues très schématiques de deux formes
d°exëcution de ce dispositif ;
Figure 3 est une vue schématique d'une partie de ce dispositif
intégrant un mécanisme de renouvellement automatique d'un filtre à
enroulement.
La figure 1 représente un dispositif comprenant un caisson
principal 2 dans une paroi duquel est ménagée une ouverture 3 équipée d'une
3o vanne 4 d'admission d'air. L'air extérieur est è la pression Pe, et
l'ouverture 3
et la vanne 4 délimitent un passage S0.
Dans une autre paroi du caisson 2 débouchent des embouts 5 de
raccordement à des conduits d'alimentation en air d'un local. Ces embouts
5
.,,., ... . .. ,. . ; ..;. , ,..:. , , .. :;:. ;. . .,,, . :.,
21~~~~~
correspondent à une section globale S3 répartie en !'occurrence en quatre
sections S3.1, 53.2, S3.3 et S3.4.
A l'intérieur du caisson principal 2 est disposé un caisson de plus
petite taille 6, dont la face en bout située du côté de l'ouverture
d°entrée 3
est obturée par un filtre 7 correspondant à une section de passage S1, et
dont l'autre extrémité est équipée d'une ouverture 8 de section réduite,
correspondant à une section de passage S2. Un ventilateur 9 est monté au
milieu de ce caisson 6 qu'il partage en deux compartiments.
II s'agit d°un ventilateur à pression relativement haute, de 100 à
200 Pa, dont la courbe de fonctionnement pression/débit ne nécessite pas un
palier important puisque le débit du ventilateur est maintenu sensiblement
constant.
Bntre le caisson 6 et le caisson 2 est ménagé un conduit 12 de
recyclage de l'air sortant du caisson 6, vers I°entrée de celui-ci.
Sur ce
conduit de recyclage 12 est montée une vanne de recyclage 13 assurant une
section de passage S4..
Bn fonctionnement, on va trouver la pression P2 dans le caisson 6
en amont du ventilateur 9, P3 dans le caisson 6 en aval du ventilateur 9, P4
dans le caisson 2 du côté des conduits d'alimentation en air du local, et P1
2o du côté de l'entrée d'air 3. Une pression Pi règne à l'intérieur du local.
A l'aide d'un dispositif 14 non décrit en détails ici, est mesurée la
différence entre les pressions P4 et P1 par comparaison avec une pression de
référence qui est définie à partir des pressions Pe et Pi. On a, par exemple
P ref = A Pe + B Pi
ou A est compris entre 0,5 et 0,15,
et B est compris entre 0,5 et 0,85.
Le dispositif 14. agit sur les vannes 4 et 13 de façon à fermer l'une
lorsqu'il ouvre l'autre, dans une proportion constante pour augmenter ou
diminuer le débit d"air neuf et diminuer ou augmenter le débit d'air recyclé,
3o tout en maintenant un débit total fixe.
Le besoin en ventilation du local est exprimé par la section S3.
Lorsq4e S3 varie, SO doit varier pour que l'air sortant du caisson vers les
pièces du local soit remplacé par de l'air extérieur.
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Si S3 augmente, il en rësulte une baisse de P4, et une lëgëre
baisse de P1, due à une légère augmentation de la dépression. il se produit
un déséquilibre entre P1 et P4, qui est dëtecté par le dispositif 14.
La vanne 4 est alors ouverte pour augmenter SO d'une quantité
fixée à l'avance correspondant à un pas d'incrémentation, et la vanne 13 est
fermée d'un même pas. Si à la lecture suivante le désëquilibre subsiste, on
ouvre la vanne 4 d'un pas supplémentaire et on ferme la vanne 13 d°un
pas
supplémentaire. Lorsque l'ëquilibre définie entre les pressions P1 et P4 est
de
nouveau atteint, les vannes restent dans l'ëtat dans lequel elles se trouvent.
1o Si le besoin en ventilation baisse dans les pièces, 53 diminue et il
en rësulte une augmentation de P4 et une légère augmentation de P7 due à
une légére baisse de la dépression. II se produit alors un dëséquilibre entre
les
pressions P1 et P4 dans le sens contraire du cas précëdent. Ce déséquilibre,
détecté par le dispositif 14 se traduit par une ouverture da la vanne 13,
augmentation de S4, et une fermeture de la vanne 4, diminution de S0.
L'utilisation combinée, pour l'obtention de la pression de référence
de mesure du déséquilibre entre P1 et P4, de la pression intérieure et de la
pression extérieure, permet de pondérer les variations de pression dues par
exemple au vent, ou au dëcienchement d'une ventilation annexe telle que
2o hotte de cuisine. La pondération indiquëe précédemment, permet de
minimiser ces phënomènes extérieurs.
Un autre avantage de l'invention est d'utiliser un ventilateur 9 à
pression de fonctionnement élevée, ce qui permet d'associer au dispositif un
filtre '~ efficace de l'air entrant dans le logement. II est en particulier
possible
de filtrer tous les pollens et de retenir une bonne partie des poussières
habituellement présentes dans l'air des villes ou des sites industriels.
Le dispositif de filtration est placé en amont du ventilateur pour
protéger I,es organes mécaniques ou de traitement de l'air.
L°efficacitë de la filtration se trouve accrue par le principe de
3o recyclage. En effet, la vanna 13 étant généralement, au moins pour partie
ouverte, une partie de l'air qui est insufflé passe plusieurs fois sur le
filtre, de
telle sorte qu'il s'est dëjà épuré lors de son premier passage.
Lorsqu'un logement est peu occupé, le besoin en ventilation
diminue, et le recyclage interne de l'air augmente. Par conséquent, l'air
;, "~,; ,. .,:.v,. ... ...
,.
insufflé dans le logemenfi pendant une période d°absence de celui-ci
est très
propre et l'encrassement du filtre est lent.
Ce procédé et ce dispositif présentent, en outre, l'avantage de
permettre une bonne isolation du lacal vis-à-vis des bruits extérieurs. 11
est,
en effet, possible d'interposer un piège à sons entre la prise d'air neuf qui
peut être placée sur une façade peu exposée au bruit et le caisson
d'insufflation.
II est possible d'avoir un absorbant acoustique efficace du fiait du
traitement localisé de l'air, et non plus réparti sur chaque entrée d'air, et
de la
présence du ventilateur qui permet de combattre la perte de charge inhérente
à un dispositif d°absorption acoustique.
II est également possible de traiter thermiquement l'air à l'intérieur
du local, notamment en chauffant l'air de recyclage, ou en 'faisant passer
celui-ci sur un corps froid, sans avoir à recourir à des systèmes trop
complexes,
La figure 2 représente une variante du dispositif de la figure 1
dans laquelle les vannes 4 et 13 ont été regroupées en une vanne unique 16,
pivotante, ouvrant la section SO de l'entrée 3 lorsqu'elle diminue la section
S4 du conduit 12, et inversement.
La section S2 de l'ouverture $ permet de maintenir la position de
fonctionnement du ventilateur 9 au cours de l'encrassement du filtre. S2 est
choisïe par rapport à la perte de charge du filtre et de son évolution prévue
au
cours du temps. Lorsque le filtre est propre, c'est S2 qui constitue la perte
de
charge principale. Plus le filtre 7 s'encrasse, et plus sa section équivalente
S1
diminue, sa perte de charge augmentant progressivement pour devenir
prépondérante devant S2.
Ce changement est détecté par des moyens de contrôle 14.' non
décrits des pressions P2 et P3, permettant de générer soit un signa!
d'avertissement de filtre encrassé, soit un renouvellement du filtre si le
caisson est équipé d'un filtre à renouvellement automatique.
Comme indiqué précédemment, la section S2 peut être choisie
comme étant égale à la section équivalente du filtre au milieu de sa vie.
Le point de fonctionnement relativement élevé du ventilateur et la
présence des éléments de pertes de charge S1 et S2 permettent d'avoir des
a
pressions P2 et P3 non négligeables et proches l'une de !'autre en valeur
absolue. P2 est une dépression par rapport à la pression de référence, alors
que P3 est une surpression.
La figure 3 représente le dispositif selon l'invention dans !e cas de
la mise erg oeuvre d'un filtre 17 à enroulement automatique. Le dispositif
comprend, dans ce cas, un distributeur 18 à tout au rien susceptible
d'envoyer, dans deux poches 19 et 20, soit la pression P2, soit !a pression
P3. Les deux poches 19 et 20 prennent appui, d'une part, sur une paroi fixe
et , d'autre part, sur une paroi mobile, respectivement 22 et 23, les parois
22
lo et 23 agissant par !'intermédiaire de deux bielles, respectivement 24 et 25
sur
un disque entraînant, par l'intermédiaire d'un mécanisme à roue libre 26, un
câble 27 d'enroulement du filtre.
Les deux poches sont soumises égaiement à l'action de ressorts,
respectivement 28 et 29, tendant à s'opposer à leur gonflage. Lorsque la
pression envoyée dans la poche 19 est P2, le ressort 28 exerce une force qui
tend à dégonfler cette pacha. Si, au contraire, c'est la pression P3 qui est
envoyée dans cette poche, la force exercée par le ressert 28 est compensée
et, au-delà, par la force développée par la différence de pression entre la
pression ambiante P2 et la pression interne P3.
2o Le gonflage de la poche 19 se traduit par un déplacement de la
bielle 24 vers le haut qui entraîne, par l'intermédiaire de la roue libre 28,
le
câble 27 et par suite le filtre 17. De même, quand on envoie une pression P2
dans la poche 20, 1a différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur
permet le dégonflage de la poche, alors que l'égalité de pression, dans et
autour de la poche, la 'fait gonfler par faction du ressort 29.
Le distributeur 18 commandé par une capsule à paroi déformable,
permet de faire passer la pression envoyée dans les poches 19 et 20
alternativement de P2 à P3. Le mouvement résultant des plaques mobiles 22
et 23 est transmis par les bielles 24 et 25 à la roue libre 26 qui entraîne le
3 o filtre 17.
Sachant que ce mouvement est commandé par les pressions P2 et
P3, ce n'est que lorsque le filtre est sale que son remplacement est effectué.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande
amélioration à la technique existante, en fournissant un dispositïf de
... ~~~~~~ j
conception simple, permettant de stabiliser la pression d'alimentation en air
des pièces d'un local, tout en assurant d'autres fonctions telles que
filtration
de cet air, amortissement acoustique et, éventuellement, traitement
thermique de I°air.
lo
