L'invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de la température et de l'humidité relative de l'air à l'intérieur d'un bâtiment, par exemple d'habitation ou d'un autre type, commercial, industriel, de bureaux ou autre.

Dans le document FR2933479-A1 , on a déjà proposé, pour réduire la consommation énergétique d'un bâtiment pour son chauffage et sa climatisation, d'installer une isolation thermique extérieure sur les murs extérieurs microporeux du bâtiment en ménageant des espaces de circulation d'air entre ces murs et l'isolation thermique, et de faire circuler de l'air extérieur dans ces espaces pour sélectivement réchauffer ou refroidir les murs extérieurs par absorption ou évaporation d'eau, les murs étant en pierre, briques, parpaings, etc, qui sont des matériaux naturellement microporeux à la vapeur d'eau et à l'humidité tout en étant imperméables à l'air et à l'eau.

En été, l'air extérieur a une température relativement élevée et, pendant certaines périodes de jour ou de nuit, une humidité relative faible. Au contact de cet air avec un mur du bâtiment, une certaine quantité d'eau contenue dans le matériau microporeux du mur est vaporisée et absorbée par l'air extérieur présent dans l'espace précité, ce qui refroidit le mur et tend à réduire la température à l'intérieur du bâtiment. L'air extérieur présent dans l'espace précité, qui s'est chargé de vapeur d'eau, est rejeté à l'extérieur.

En hiver, l'air extérieur qui est admis dans les espaces précités doit avoir une humidité relative élevée. Toutefois, cela se produit lorsque la température extérieure est la plus basse. Le nombre de fois où l'air extérieur peut être admis dans les espaces précités pour chauffer les murs est donc limité. Cela reste néanmoins possible parce que la capacité thermique de l'air est très inférieure à celle des murs. Il faut cependant qu'il n'y ait pas un renouvellement rapide de l'air extérieur dans ces espaces car alors l'effet de convection l'emporterait sur l'effet de chauffage par condensation de la vapeur d'eau de l'air extérieur.

Quand de l'air extérieur froid à humidité relative élevée est admis dans les espaces précités, les murs en contact avec cet air absorbent une partie de la vapeur d'eau de l'air extérieur et sont réchauffés par la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau. On obtient alors une température de surface des murs côté « lame d'air » qui est supérieure à la température de consigne dans le bâtiment (par exemple 20°C). Un flux thermique de chauffage est ainsi généré dans les murs, qui tend à compenser les pertes thermiques globales dans le bâtiment et à respecter la température de consigne. La répétition des cycles (absorption- diffusion/transfert dans le mur-désorption) permet de maintenir une température souhaitée à l'intérieur du bâtiment.

On a pu vérifier sur une habitation témoin que le coût annuel de la consommation d'énergie pour la régulation de la température à environ 20°C à l'intérieur du bâtiment est ainsi réduit d'environ 75 % en région Midi Pyrénées.

Toutefois, en hiver, lorsque la température de l'air extérieur est inférieure à 5° C, le réchauffement des murs par la condensation de la vapeur d'eau de l'air extérieur peut être sensiblement annulé par le refroidissement par convection des murs en contact avec l'air froid, et le système précité perd de son efficacité.

Les demandes FR1 152307, FR1 152423 et FR1 159335 du demandeur permettent d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

Elles proposent en particulier de régler l'humidité relative de l'air admis dans les espaces entre les murs et l'isolation thermique extérieure, par chauffage ou par refroidissement et/ou par passage de cet air dans des moyens humidificateurs agencés en amont des espaces précités.

Le refroidissement de l'air qui va être admis dans ces espaces permet par exemple de faire passer son taux d'humidité relative de 40 ou 50% à 90 ou 95% quand sa température est ramenée de 20°C à 14°C environ. Ce refroidissement peut se faire avantageusement par échange de chaleur, donc sans consommer d'énergie, entre de l'air extrait du bâtiment et de l'air prélevé à l'extérieur du bâtiment. Inversement, si l'on veut admettre de l'air ayant un plus faible taux d'humidité relative dans les espaces précités, on peut réchauffer cet air par échange de chaleur entre de l'air prélevé à l'intérieur du bâtiment et de l'air prélevé à l'extérieur du bâtiment.

Les moyens humidificateurs permettent d'augmenter notablement l'humidité relative et l'humidité absolue de l'air admis dans les espaces précités, pour favoriser au maximum l'absorption et la condensation de vapeur d'eau dans ces murs et l'effet de chauffage qui en résulte. De plus, les cycles de chauffage peuvent être répétés plus fréquemment et répartis sur 24 heures. Avantageusement, l'air « humidifié » qui est admis dans les espaces précités n'est pas de l'air extérieur, mais de l'air prélevé à l'intérieur du bâtiment ou un mélange d'air prélevé à l'intérieur du bâtiment et d'air prélevé à l'extérieur du bâtiment.

C'est un air filtré, plus propre que l'air extérieur, qui est ainsi admis dans les espaces précités, ce qui évite une obturation progressive des micropores des murs par les poussières et analogues contenues dans l'air extérieur.

L'air prélevé à l'intérieur du bâtiment a, en hiver, une température d'environ 18 à 20° C et une humidité relative assez faible, par exemple de 40 %. Le passage de cet air dans les moyens humidificateurs permet d'augmenter son humidité relative à un taux d'environ 90 % par exemple, la température de cet air étant abaissée à 14° C environ lorsque les moyens humidificateurs sont du type adiabatique. L'humidité absolue de l'air est également augmentée, la quantité d'eau contenue dans l'air passant par exemple de 4,31 g d'eau par kg d'air sec à 9,64g/kg air sec, ce qui permet de récupérer une plus grande quantité de chaleur par condensation de la vapeur d'eau et/ou d'allonger la durée du cycle de chauffage.

On peut ainsi faire circuler, en hiver, de l'air à 14° C et à environ 90 % d'humidité relative dans les espaces entre l'isolation thermique extérieure et les murs du bâtiment, ce qui se traduit par un apport d'énergie thermique plus important à l'intérieur du bâtiment. En outre un maintien de l'humidité relative de l'air à l'intérieur du bâtiment à environ 60 %, donne une plus grande sensation de confort dans le bâtiment.

Pour humidifier l'air et le chauffer, on peut par exemple le faire passer dans un réservoir d'eau chaude sanitaire, de préférence à chauffage solaire ou géothermique ou à récupération d'énergie, par exemple sur un poêle, sur une cheminée, dans un bâtiment industriel ou dans un centre commercial, etc, ou tout autre moyen à énergie gratuite. Le passage de l'air dans ce réservoir permet d'augmenter l'humidité relative de l'air jusqu'au voisinage de la saturation, sans pour autant abaisser de façon importante la température de l'eau dans le ballon. On dispose ainsi d'une source d'air humide et plus chaud que l'air extérieur, permettant de maintenir une température et une hygrométrie souhaitées dans le bâtiment, en hiver et quel que soit le climat de la région où se trouve le bâtiment.

Il est également proposé que l'air sensiblement saturé en humidité qui sort des moyens humidificateurs, soit par intermittences soufflé à l'intérieur du bâtiment.

Cela permet, en hiver, d'augmenter de façon très rapide le taux d'humidité relative de l'air à l'intérieur du bâtiment, par exemple à environ 60%, ce qui se traduit par une plus grande sensation de confort, sans pour autant augmenter la température de l'air qui reste sensiblement constante à l'intérieur du bâtiment.

Les procédés et dispositifs décrits dans les demandes antérieures précitées du demandeur permettent d'assurer, en toutes saisons et sous tous les climats, une régulation de la température et de l'humidité relative de l'air dans un bâtiment par l'admission et la circulation contrôlées d'air dans les espaces ménagés entre les murs microporeux du bâtiment et leur isolation thermique extérieure, cet air ayant une température et une hygrométrie qui sont contrôlées et déterminées en fonction des conditions extérieures et de celles souhaitées dans le bâtiment.

L'admission et la circulation de l'air dans les espaces précités doivent être contrôlées en fonction de l'état hygrométrique du ou des murs microporeux considérés. Il faut en effet stopper l'admission et la circulation de l'air dans les espaces précités quand l'état hygrométrique du ou des murs ne permet plus une absorption de l'humidité de l'air présent dans ces espaces (en particulier en hiver ou par temps froid) ou, au contraire, une absorption par l'air présent dans ces espaces de l'humidité du ou des murs microporeux (en particulier en été ou par temps chaud). En d'autres termes, il faut laisser les murs microporeux se charger en humidité puis se décharger de l'humidité absorbée, de façon cyclique, et commander de façon correspondante l'admission et la circulation de l'air dans les espaces précités.

Cette commande serait réalisable de façon simple si l'on pouvait mesurer de façon fiable l'état hygrométrique du ou des murs microporeux considérés. Toutefois, les capteurs d'hygrométrie de ce type particulier disponibles sur le marché, sont d'une part très coûteux et d'autre part peu fiables et peu fidèles, et ils ont de plus une durée de vie relativement courte, ce qui en pratique interdit de les utiliser dans un système de chauffage et de climatisation d'un bâtiment.

La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et peu coûteuse à ce problème.

Elle a également pour but d'augmenter dans une large mesure la température et l'hygrométrie de l'air admis dans les espaces précités.

Elle a pour objet un procédé et un dispositif du type précité qui permettent de contrôler de façon optimale la température et l'hygrométrie de l'air admis dans les espaces précités ainsi que l'admission et la circulation de cet air dans ces espaces.

Elle propose à cet effet un procédé de régulation de la température et de l'humidité relative de l'air dans un bâtiment à murs microporeux et à isolation thermique extérieure, dans lequel des espaces de circulation d'air à température et hygrométrie contrôlées sont ménagés entre l'isolation thermique extérieure et les murs, la température et l'hygrométrie de l'air admis dans lesdits espaces étant contrôlées par passage de cet air dans des moyens humidificateurs agencés en amont de ces espaces, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer l'air plusieurs fois dans des moyens humidificateurs et dans des moyens de chauffage pour lui donner une température et une hygrométrie souhaitées.

Les passages répétés de l'air dans des moyens humidificateurs et dans des moyens de chauffage permettent d'élever sa température et son hygrométrie à des valeurs optimales permettant un chauffage maximal des murs tout en évitant tout risque de condensation d'eau dans les espaces de circulation d'air, et d'augmenter également l'humidité absolue de l'air circulant dans ces espaces.

Avantageusement, l'air est humidifié par passage dans de l'eau ou dans un brouillard de gouttelettes d'eau ou à travers une membrane poreuse humide et il est chauffé par échange de chaleur avec un circuit d'eau chaude sanitaire, cet air étant de l'air extrait du bâtiment.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à mesurer une différence de température entre les faces externe et interne d'au moins un mur microporeux et à commander l'admission et la circulation de l'air dans les espaces précités en fonction de la dérivée de cette différence par rapport au temps.

Comme la variation de cette différence de température est une image de la variation de la dérivée de l'état hygrométrique du mur par rapport au temps, on peut, à partir des variations de cette différence de température, commander efficacement et simplement l'admission et la circulation de l'air dans les espaces précités.

De plus, en effectuant cette commande à partir de la dérivée de cette différence de température, on s'affranchit de tous les problèmes de calibration et de dérive des capteurs de température utilisés.

Ces capteurs peuvent avantageusement être du type à thermocouples, qui sont simples, fiables, précis et peu coûteux et qui donnent directement une mesure d'une différence de température.

Avantageusement, on fait passer l'air à vitesse constante dans les espaces précités et on règle la température de cet air et son hygrométrie pour un chauffage maximal des murs, ce qui permet d'éviter tous les problèmes et les inconvénients liés à la génération de vitesses variables d'écoulement de l'air.

Selon une autre caractéristique de l'invention, entre les périodes de chauffage des murs par admission et circulation d'air chaud et humide dans les espaces précités, on commande la désorption de l'humidité contenue dans les murs par circulation dans ces espaces d'air à faible hygrométrie.

L'invention propose également un dispositif de régulation de la température et de l'humidité relative de l'air à l'intérieur d'un bâtiment à murs microporeux et à isolation thermique extérieure, comprenant des moyens de commande de l'admission et de la circulation d'air dans des espaces ménagés entre l'isolation thermique extérieure et les murs microporeux, et des moyens de réglage de la température et de l'humidité relative de l'air destiné à être admis dans les espaces précités, caractérisé en ce que les moyens précités de réglage de la température et de l'humidité relative de l'air comprennent plusieurs étages de moyens de chauffage et de moyens humidificateurs agencés en série et traversés par l'air précité.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque moyen de chauffage comprend un échangeur de chaleur dont un circuit primaire est alimenté en air destiné à circuler dans les espaces précités et dont un circuit secondaire est alimenté en fluide chaud, de préférence en eau chaude à partir d'une installation de production d'eau chaude sanitaire du type à énergie gratuite, par exemple solaire, géothermique, ou à récupération de chaleur. Les moyens humidificateurs de chaque étage comprennent par exemple des moyens de pulvérisation d'eau agencés dans un conduit de passage de l'air ou une membrane poreuse humide ou un réservoir d'eau traversés par l'air précité.

La mise en série des étages de chauffage et d'humidification permet d'augmenter à volonté la température de l'air qui va être admis dans les espaces précités, par exemple à des valeurs de 30 à 35°C, et de lui donner une hygrométrie voisine de 90%, pour obtenir une puissance très élevée de chauffage des murs microporeux. On peut ainsi chauffer les murs très rapidement, comme on le verra plus en détail dans ce qui suit.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de commande de l'admission et de la circulation d'air dans les espaces ménagés entre l'isolation thermique extérieure et les murs microporeux, comprennent un capteur de mesure de la température et de l'hygrométrie de l'air dans le bâtiment et des moyens de mesure d'une différence de température entre les faces externe et interne d'au moins un mur microporeux, et des moyens de calcul de la dérivée par rapport au temps de cette différence.

Avantageusement, les moyens de mesure de la différence de température comprennent des capteurs à thermocouples.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend également une pompe à chaleur pour le chauffage (ou le refroidissement) de l'air neuf admis dans le bâtiment en remplacement de l'air extrait par une installation de VMC, ainsi qu'un caloduc d'échange de chaleur entre l'air sortant des espaces précités et l'air neuf destiné à être à être admis dans le bâtiment, et des moyens pour admettre dans le bâtiment l'air sortant du caloduc ou pour envoyer cet air dans le circuit de captage de la pompe à chaleur, en fonction de sa température.

Des moyens humidificateurs, par exemple à membrane poreuse humide, peuvent être associés à cette pompe à chaleur pour augmenter si nécessaire l'hygrométrie de l'air admis dans le bâtiment. En variante, le dispositif comprend un échangeur de chaleur et d'hygrométrie entre l'air sortant des espaces précités et l'air neuf destiné à être admis dans le bâtiment, ce qui permet de récupérer la chaleur et l'humidité de l'air sortant des espaces précités pour chauffer et humidifier l'air qui va être admis dans le bâtiment.

Avantageusement, le dispositif comprend aussi un panneau photovoltaïque et une batterie pour l'alimentation électrique de la pompe à chaleur et éventuellement de l'installation de VMC.

De façon générale, l'invention permet d'assurer une régulation de la température et de l'humidité relative de l'air à l'intérieur du bâtiment, de couvrir la totalité des pertes thermiques dans le bâtiment, y compris celles qui sont dues à l'utilisation normalisée d'une ventilation mécanique contrôlée, et d'assurer le chauffage de l'eau sanitaire et cela tout au long de l'année sans consommer d'énergie primaire ou en produisant un surplus d'énergie.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un bâtiment équipé d'un dispositif selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue schématique de face d'une partie du bâtiment de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 4 représente un diagramme de VERON ;

- les figures 5 et 6 sont des graphes de la variation de l'état hygrométrique d'un mur microporeux et de la dérivée de cette variation ;

- la figure 7 représente schématiquement une variante de réalisation de l'invention.

Aux figures 1 et 2, on a représenté schématiquement une partie d'un bâtiment 10, par exemple d'habitation ou de bureaux, ou encore un bâtiment commercial, industriel ou autre, qui comprend des murs extérieurs 12 et une toiture 14, les murs extérieurs 12 étant équipés d'une isolation thermique extérieure 16 qui ménage avec la face extérieure des murs 10 des espaces 18 de circulation d'air ou « lames d'air ».

Les murs extérieurs 12 du bâtiment ont une structure microporeuse à la vapeur d'eau et à l'humidité et imperméable à l'air et à l'eau et peuvent être réalisés avec des produits courants tels par exemple que des briques, des parpaings, des pierres, etc, qui ont naturellement une telle structure microporeuse.

L'isolation thermique 16 qui est rapportée sur la face extérieure des murs 12 est d'un type quelconque approprié et est posée de façon à ménager avec les murs 12 les espaces 18 qui ont une épaisseur de quelques centimètres et qui s'étendent de préférence sur toute la surface extérieure des murs 12.

Comme représenté en figure 2 qui est une vue de face d'un mur 12 comportant une fenêtre F, les espaces 18 peuvent par exemple comporter chacun une série de canaux verticaux 20 de même largeur délimités par des tasseaux verticaux 19, les canaux 20 étant alimentés en air à leurs extrémités supérieures par une chambre commune 21 elle-même alimentée par un clapet 23 d'entrée d'air. Par leurs extrémités inférieures, les canaux 20 communiquent avec une chambre commune 23 équipée d'un clapet 24 de sortie d'air, qui débouche à l'extérieur ou dans un vide sanitaire sous le bâtiment 10.

Les clapets 22, 24 d'entrée d'air et de sortie d'air sont avantageusement fermés au repos et ouverts par une surpression d'air.

Les espaces 18 de circulation d'air sont alimentés en air par un dispositif 25 représenté plus en détail en figure 3 et qui alimente les chambres 21 par l'intermédiaire des clapets 22.

Le dispositif 25 comprend essentiellement une installation 26 de ventilation mécanique contrôlée (VMC) à double flux, qui est associée en sortie à plusieurs étages de moyens de chauffage 28 et de moyens humidificateurs 30, reliés en sortie à des moyens 32 de répartition de l'air vers les espaces 18 précités ou vers des bouches 34 de soufflage d'air à l'intérieur du bâtiment.

L'installation de VMC 26 comprend, en entrée, un ou des filtres 36 traversés par un débit contrôlé d'air 38 extrait du bâtiment et des moyens 40 de circulation de ce débit d'air, tels que des ventilateurs.

Les différents étages de chauffage et d'humidification sont agencés en série, chaque étage comprenant un groupe de tubes à ailettes (ou analogues) 28 alimentés en eau chaude à partir d'une installation 42 de production d'eau chaude sanitaire (ECS) à énergie gratuite, telle qu'une installation à chauffage solaire, géothermique, à récupération de chaleur, etc., et un moyen humidificateur 30 d'un type quelconque approprié, par exemple du type adiabatique à ultrasons, ou qui est ici constitué par des moyens de pulvérisation d'eau, par exemple à rampe perforée, alimentés en eau à partir d'un réseau 44 d'eau froide (eau à température ambiante généralement comprise entre 10 et 20°C environ).

Les différents groupes de tubes à ailettes 28 sont alimentés en série (comme représenté) ou en parallèle en eau chaude sanitaire.

Les tubes à ailettes 28 et les rampes de pulvérisation 30 sont agencés dans une enceinte 46 alimentée en air par l'installation de VMC 26, cet air étant extrait du bâtiment et ayant par exemple une température de 20°C et une hygrométrie de 50% (point A du diagramme de VERON en figure 4).

Le passage de l'air dans l'échangeur 28 du premier étage, qui est alimenté en eau chaude sanitaire à 60-65°C, permet d'élever la température de l'air à 35°C par exemple, en maintenant constante son humidité absolue (point B du diagramme).

Le passage de cet air dans les moyens humidificateurs 30 du premier étage permet d'élever le taux d'humidité relative de l'air par exemple jusqu'à 95% environ, c'est-à-dire de pratiquement saturer cet air en vapeur d'eau et d'augmenter notablement son humidité absolue (point C du diagramme).

Cette humidification adiabatique s'accompagne d'une baisse de la température de l'air, qui passe par exemple de 35°C à environ 19° C.

L'air passe ensuite dans l'échangeur 28 du second étage, ce qui augmente sa température à 30°C environ, à humidité absolue constante (point D du diagramme), puis dans les moyens humidificateurs 30 du second étage, ce qui augmente de façon adiabatique son hygrométrie à 95% (point E du diagramme).

Le passage de l'air dans un échangeur 28 d'un troisième étage permet d'élever sa température à 23°C et de baisser légèrement son hygrométrie à 90% (point F du diagramme) pour éviter tout risque de condensation dans les espaces 18.

On voit sur le diagramme de VERON qu'entre les points A et F, la température de l'air est passée de 20 à 23°C, que son hygrométrie est passée de 50 à 90% et que son humidité absolue est passée de 7 à 16 g d'eau par kg d'air sec.

On peut inverser l'ordre de passage de l'air dans les moyens de chauffage et d'humidification. Quand les moyens humidificateurs sont en amont des moyens de chauffage dans les différent étages, on passe sur le diagramme de VERON de la figure 3 du point A au point A' (humidification de l'air à une hygrométrie de 95%), puis au point B' (réchauffement à 35°C), puis au point C (humidification à une hygrométrie de 95%), puis au point D' (réchauffement à 22°C environ avec une hygrométrie de 90%).

Le dispositif 24 peut également être alimenté en air extérieur 48, ou éventuellement par un mélange d'air extérieur et d'air intérieur.

L'admission dans les espaces 18 d'air à 22-23°C et ayant une hygrométrie de 90% permet d'augmenter considérablement la puissance de chauffage des murs 12 par le dispositif selon l'invention. Des études de modélisation confirmées par des mesures en laboratoire ont montré que, pour un débit donné d'air admis dans les espaces 18 avec une hygrométrie de 90%, l'énergie de chauffage d'un mur 12 est de 1 ,34Wh/m ² de mur quand l'air est à 10°C, de 70,60Wh/m ² (surface de mur) quand l'air est à 14°C, de 128Wh/m ² quand l'air est à 20°C et d'environ 150Wh/m ² quand l'air est à 23°C. L'énergie de chauffage du mur est multipliée par 5 quand la température de l'air admis passe de 13°C à 23°C, pour les mêmes conditions de débit et d'hygrométrie.

On considère en général que les pertes thermiques d'une maison bien isolée ayant une surface habitable de 120m ² sont au maximum de 50kWh/m ² (habitable)/an. La surface des murs extérieurs étant de l'ordre de 1 10m ² , la totalité des pertes thermiques est inférieure à 50kWh /m ² (surface de mur)/an, soit 137Wh/m ² (surface de mur) par jour en moyenne.

La compensation des pertes thermiques peut donc être assurée par le dispositif selon l'invention en 2h de fonctionnement en apport thermique avec de l'air à 14°C et en moins de 1 h avec de l'air à 23°C. Il faut tenir compte de l'inertie thermique des murs : un mur chauffé pendant 1 heure va mettre plusieurs heures pour refroidir et revenir à sa température initiale. Il suffit donc avec le dispositif selon l'invention de chauffer un mur pendant 2h au total avec de l'air à 14°C ou pendant 1 h au total avec de l'air à 21 - 22°C pour compenser les pertes thermiques sur 24h, en moyenne sur l'année. En d'autres termes, un dispositif selon l'invention que l'on fait fonctionner au tiers ou à la moitié de sa capacité, assure à lui seul la compensation des pertes thermiques sur toute l'année d'une maison bien isolée, sans consommer d'énergie électrique autre que celle (très faible) nécessaire au fonctionnement d'une installation de ventilation mécanique contrôlée (VMC), dont l'usage est rendu obligatoire par les règlements actuels.

Un bâtiment équipé d'un dispositif selon l'invention est donc non seulement du type « basse consommation », il est de plus du type à « énergie positive » puisqu'il produit plus d'énergie qu'il n'en consomme.

Le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention est par exemple le suivant : en été, lorsque l'air extérieur a une température relativement élevée, par exemple d'au moins 25° C, et un taux d'humidité relative faible, par exemple inférieur à 40 %, le dispositif selon l'invention est commandé pour maintenir à l'intérieur du bâtiment une température inférieure à 25° C, par exemple voisine de 22° C, et un taux d'humidité relative de l'air d'environ 60 %, ce qui correspond à une agréable sensation de confort. Pour cela, de l'air extérieur est prélevé à l'extérieur du bâtiment et est injecté directement dans les espaces 18 ménagés entre les murs 12 et l'isolation thermique extérieure 16. La circulation de l'air à faible vitesse (typiquement 0,5 - 1 m/s) dans les espaces 18 permet une absorption par l'air de l'humidité contenue dans les murs 12 et le refroidissement de ces murs par évaporation d'une partie de l'eau qu'ils contiennent.

Pour maintenir un taux d'humidité relative de l'air voisin de 50 à 60 % à l'intérieur du bâtiment, on peut souffler par intermittences, à l'intérieur du bâtiment, de l'air extérieur qui est passé dans les moyens humidificateurs 30 et dont le taux d'humidité relative a été relevé de 30- 40% à 90% environ. On maintient ainsi une sensation de confort à l'intérieur du bâtiment, en évitant que le taux d'humidité relative de l'air dans le bâtiment devienne trop faible pour une température donnée, ce qui se traduirait par une sensation de froid.

Le dispositif 25 peut être utilisé également pour faire circuler de l'air extérieur à vitesse plus importante dans les espaces 18, notamment pendant la nuit, lorsque l'air extérieur est à une température inférieure à 20°C, pour refroidir les murs 12 par convection.

On peut également, par intermittences, souffler de l'air extérieur relativement froid à l'intérieur du bâtiment, par exemple lorsque la chaleur a été très forte pendant la journée, pour évacuer des calories.

En hiver, lorsque l'air extérieur est à une température relativement basse, par exemple à inférieure à 5° C, il est avantageux de faire circuler dans les espaces 18 de l'air 38 prélevé à l'intérieur du bâtiment et dont on a relevé le taux d'humidité relative à une valeur d'environ 90% et la température à 22° C par exemple, avec une humidité absolue importante. La circulation de cet air dans les espaces 18 se fait à vitesse relativement lente (par exemple 0,6-1 m/s) ou par intermittences, de façon à ce que les murs 12 puissent se recharger en humidité et soient réchauffés par la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau de l'air qui a été amené dans les espaces 18. Les murs 12 cèdent cette chaleur par rayonnement à l'intérieur du bâtiment, ce qui élève la température dans le bâtiment. Le fonctionnement du dispositif est cyclique, de l'air chaud et humide étant admis dans les espaces 18 pendant un temps donné, puis cette admission d'air est stoppée pendant que le mur rayonne de la chaleur dans le bâtiment pendant une durée déterminée, après quoi on admet à nouveau de l'air dans les espaces 18, etc.

On peut augmenter la fréquence de répétition des cycles en commandant la désorption de l'humidité contenue dans les murs, par circulation d'air sec dans les espaces 18 après un cycle de chargement des murs en humidité. Cet air sec, ayant une hygrométrie inférieure à 30%, absorbe l'humidité des murs de façon rapide, après quoi on relance le chargement des murs en humidité par circulation d'air chaud et humide (ayant une hygrométrie d'au moins 90%) dans les espaces 18. On réduit ainsi la durée des cycles de désorption et on augmente la fréquence de répétition des cycles de sorption, ce qui de façon globale augmente la puissance de chauffage du dispositif selon l'invention.

Les moyens 32 de répartition permettent, si nécessaire, d'injecter rapidement une grande quantité d'air chaud et humidifié à l'intérieur du bâtiment, cet air étant soufflé par les bouches 34 reliées aux moyens de répartition 32.

Dans un exemple de réalisation où le dispositif 24 est installé dans une maison d'habitation de taille moyenne, l'installation de VMC 26 permet d'injecter à l'intérieur de la maison un débit d'air neuf 40 préchauffé par échange de chaleur avec l'air extrait 38 dans l'installation 26, d'environ 150 m ³ /h pour le renouvellement d'air dans la maison, les ventilateurs 40 étant alors entraînés à petite vitesse. Le renouvellement de l'air contenu dans les espaces 18 peut être assuré en quelques minutes par l'installation 26, avec un débit d'air traité variant de 150 à 500 m ³ /h, les moyens humidificateurs 30 pouvant assurer un débit d'air de 500 m ³ /h avec une humidité relative de 60% environ et une température d'environ 20° C dans le bâtiment. Le dispositif selon l'invention peut fournir une puissance thermique d'environ 100W/m ² pendant 15 minutes toutes les 2 heures, par condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air présent dans les espaces 18.

Lorsque l'installation 26 est utilisée en appoint de chauffage par soufflage d'air dans la maison, le débit d'air traité est par exemple de 500 m ³ /h, comprenant 150 m ³ /h d'air neuf 48 et 350 m ³ /h d'air extrait 38, l'air étant chauffé par les moyens 28 alimentés en eau chaude sanitaire.

La commande des débits d'air dans le dispositif 24 selon l'invention peut être réalisée à partir de mesures des différences de température entre les faces interne et externe d'au moins un des murs microporeux 12. On utilise pour cela des capteurs de température d'un type quelconque approprié et de préférence des capteurs à thermocouples 60 (figure 1 ) qui délivrent des signaux de sortie représentant une différence de température entre leurs jonctions froides et leurs jonctions chaudes.

La différence de température entre les deux faces d'un mur 12 est une image fidèle de la variation de l'état hygrométrique du mur dont l'allure a été représentée schématiquement en figure 5. Dans cette figure, la courbe 50 correspond à la variation en fonction du temps t d'un paramètre H représentatif de l'humidité du mur entre une valeur Ho représentant une humidité résiduelle du mur et une valeur Heq représentant un état d'équilibre dans les conditions considérées.

Quand on amène de l'air chargé d'humidité dans l'espace 18 et que le mur absorbe une partie de cette humidité, le paramètre H va varier de Ho vers Heq et tendre de façon asymptotique vers Heq au cours du temps. De façon correspondante, la température de la face externe du mur 12 augmente, la chaleur absorbée par la face externe du mur se diffuse dans le mur et la température de la face interne du mur augmente. La différence de température entre les deux faces du mur varie donc comme la dérivée en fonction du temps du paramètre H, la variation de cette dérivée étant représentée schématiquement en figure 6.

Pour s'affranchir de tous les problèmes d'étalonnage et de dérive des capteurs de température, l'invention prévoit d'utiliser comme variable de commande, non la différence de température elle-même, mais sa dérivée en fonction du temps, dont la variation est représentée par la courbe 52 de la figure 6, qui correspond à la dérivée seconde du paramètre H en fonction du temps. Au cours du temps, cette dérivée varie entre une valeur maximale et une valeur sensiblement nulle vers laquelle elle tend asymptotiquement.

On peut donc, à partir d'une valeur mesurée de la dérivée par rapport au temps de la différence de température entre les deux faces du mur, connaître l'état hygrométrique du mur et commander en conséquence l'admission et la circulation de l'air dans l'espace 18 entre ce mur et son isolation thermique extérieure, cet air ayant une température et une hygrométrie déterminées pour assurer une régulation optimale de la température dans le bâtiment.

Un système de traitement de l'information est utilisé pour la commande du dispositif 25 et pour le traitement des signaux de sortie des capteurs de température 60. Ce système calcule les valeurs des dérivées des signaux des capteurs 60 et enregistre ces valeurs pour reconstituer les courbes des figures 5 et 6 (fonction d'apprentissage).

On peut accélérer l'apport d'énergie thermique aux murs 12 en commandant l'interruption temporaire de l'alimentation en eau des moyens humidificateurs 30. On alimente alors les espaces 18 par de l'air chaud à faible hygrométrie, ayant par exemple une température supérieure à 20°C et une hygrométrie inférieure à 50%, que l'on fait circuler à vitesse relativement élevée (1 m/s ou plus) pour que le chauffage du mur par convection compense le refroidissement du mur par absorption de son humidité. Cela se traduit par une diminution brusque de la valeur du paramètre H comme représenté en 54. On réalimente ensuite en eau les moyens humidificateurs 30, et on réalimente les espaces 18 en air chauffé et humidifié de sorte que le paramètre H augmente à nouveau vers la valeur limite Heq, de façon plus rapide qu'auparavant. On sait que cette valeur limite est atteinte quand la différence de température entre les deux faces du mur devient sensiblement nulle. Quand elle devient négative, on peut refaire passer de l'air chauffé et humidifié dans les espaces 18, pour réchauffer à nouveau le mur et augmenter son humidité, etc.

On peut équiper un seul mur 12 du bâtiment de capteurs de température, et commander à partir des signaux de sortie de ces capteurs l'admission et la circulation d'air dans tous les espaces 18, ou équiper certains murs de capteurs et faire une moyenne ou une pondération des signaux de commande obtenus pour commander l'admission et la circulation d'air dans tous les espaces 18, ou équiper tous les murs 12 de capteurs et utiliser les signaux de sortie des capteurs de chaque mur 12 pour commander l'admission et la circulation d'air dans l'espace 18 entre le mur et son isolation extérieure.

Dans une variante de réalisation de l'invention, les moyens humidificateurs comprennent un ballon d'eau chaude sanitaire, par exemple à une température de l'ordre de 60 à 65°C, dans lequel on fait passer l'air qui va circuler dans les espaces 18 précités.

Ce ballon est associé à des moyens de chauffage qui comprennent une source de chaleur gratuite, par exemple des moyens de chauffage à énergie solaire ou géothermique ou des moyens de récupération de chaleur sur une cheminée, sur un poêle à bois, en milieu industriel, dans une grande surface commerciale, etc, selon le type de bâtiment concerné. Le ballon est équipé de moyens d'injection d'air dans l'eau qu'il contient, ces moyens comprenant par exemple une sole poreuse à l'air, montée dans le fond du ballon et alimentée en air prélevé dans le bâtiment. L'extrémité supérieure du ballon comprend un conduit de sortie d'air humidifié.

Un serpentin ou un ensemble de tubes de passage d'air est également monté à l'intérieur du ballon et est alimenté en air prélevé dans le bâtiment. La sortie de ce serpentin ou de cet ensemble de tubes est raccordée avec le conduit précité de sortie d'air à une conduite commune menant à des moyens de répartition tels que les moyens 32 de la figure 3. Un débit contrôlé d'air extérieur peut être ajouté au débit d'air extrait du bâtiment et qui a circulé dans le ballon. Les débits d'air extrait et d'air extérieur peuvent être régulés par tout moyen approprié, par exemple par des vannes ou des clapets.

L'air qui a circulé dans l'eau du ballon en passant à travers la sole poreuse est sensiblement saturé en humidité à la température de l'eau contenue dans le ballon et il est mélangé en sortie du ballon à de l'air qui a circulé dans le serpentin et qui a été chauffé sans être humidifié. On obtient ainsi de l'air chaud non saturé en humidité que l'on peut mélanger à de l'air extérieur pour alimenter les espaces 18.

Par exemple, avec un ballon contenant 500 litres d'eau à 50°C, on peut alimenter les espaces 18 avec de l'air ayant une température de 21 °C et une hygrométrie de 90%, qui est obtenu par mélange d'air extrait du bâtiment à une température de 21 °C et une hygrométrie de 50% et d'air extérieur à 10°C et une hygrométrie de 80%, les débits d'air extrait et d'air extérieur étant respectivement de 27,5% et de 72,5% du débit total, la répartition de l'air extrait étant de 17,9% du débit total dans le serpentin et de 9,6% du débit total à travers la sole poreuse. Pour un débit total de 300m3/h, la chute de température de l'eau dans le ballon est de 4,6°C par heure.

On peut agencer plusieurs ballons d'eau chaude en série, comprenant chacun des moyens de chauffage et des moyens d'humidification par passage de l'air dans l'eau chaude, pour réaliser un chauffage et une humidification de l'air du type représenté en figure 4.

Dans tous les cas, on évite d'alimenter les espaces 18 en air saturé en humidité, pour ne pas provoquer de condensation d'eau à l'intérieur de ces espaces.

Le fonctionnement général du dispositif selon l'invention peut être commandé par un capteur de température et d'hygrométrie de l'air, qui est installé dans le bâtiment. Il est aussi possible d'installer dans les espaces 18 des moyens connus de mesure de la température, de l'hygrométrie et de la vitesse de l'air qui circule dans ces espaces. Les signaux de sortie du capteur et de ces moyens de mesure sont transmis au système précité de traitement de l'information pour la commande du dispositif selon l'invention.

L'invention propose également d'utiliser une pompe à chaleur (PAC) pour utiliser l'énergie thermique de l'air sortant des lames d'air ou espaces 18 afin de chauffer (en hiver ou par temps froid) ou refroidir (en été ou par temps chaud) l'air extérieur neuf admis dans le bâtiment. On peut ainsi, par exemple, donner à l'air neuf admis dans le bâtiment une température d'environ 20°C quand l'air extérieur est à une température initiale comprise entre -8°C et +40°C. Pour cela et comme représenté en figure 7, une pompe à chaleur 56 associée à un caloduc 58 est montée entre une sortie d'air des espaces 18 et des moyens d'admission d'air dans le bâtiment, tels que les bouches 34 de soufflage d'air de la figure 3.

Une entrée du caloduc 58 est alimentée en air 60 sortant des espaces 18, cet air ayant une température d'environ 20°C, et une autre entrée du caloduc est alimentée en air neuf extérieur 62 ayant une température comprise entre environ -5°C et +40°C par exemple. Une sortie du caloduc est reliée à des moyens tels qu'une vanne 63 commandée en fonction de la température, aux bouches de soufflage 34 et au circuit de captage 68 de la pompe à chaleur. L'air 60 qui a circulé dans le caloduc est rejeté à l'extérieur en 64 et l'air neuf 62 qui a circulé dans le caloduc en ressort en 66, soit pour être admis dans le bâtiment par les bouches de soufflage 34 quand sa température est de 18°C à 20°C, soit pour entrer dans le circuit de captage 68 de la pompe à chaleur 56 quand sa température est inférieure à 18°C, cet air étant ensuite rejeté à l'extérieur en 70.

Le caloduc 58 permet un transfert de l'énergie thermique entre l'air 60 sortant des espaces 18 et l'air neuf 62 avec un rendement supérieur à 90%. Ainsi, en hiver ou par temps froid, quand l'air extérieur 62 est à une température négative, le circuit de captage 68 de la pompe à chaleur est toujours alimenté en air à température positive, ce qui évite tout risque de givrage de ce circuit.

Le circuit de chauffage 72 de la pompe à chaleur est alimenté en air neuf extérieur 74, lorsque la température de cet air est typiquement comprise entre -5°C et +5°C. L'air 76 sortant du circuit 72 a une température d'environ 18-20°C et est admis dans le bâtiment par les bouches de soufflage 34.

Le circuit de chauffage 72 de la pompe à chaleur est également relié à l'installation 42 d'eau chaude sanitaire pour le chauffage ou le pré- chauffage de l'eau sanitaire destinée à être stockée dans un ballon d'eau chaude à une température de l'ordre de 60-65°C, cette installation comprenant par exemple un panneau solaire de chauffage de l'eau par « effet de serre ».

Lorsque la température de l'air extérieur 62 est par exemple supérieure à 10°C, on peut faire passer dans le caloduc 58 un débit d'air extérieur plus important et partager l'air 66 en un débit qui va être admis dans le bâtiment par les bouches de soufflage 34 et en un débit qui va passer dans le circuit de captage 68 de la pompe à chaleur pour le chauffage de l'eau sanitaire.

II est possible dans ces conditions de chauffer l'eau d'un ballon de

300 litres en 3 heures environ en utilisant une pompe à chaleur de faible puissance (1 à 2 KW) ayant un coefficient de performance (COP) élevé qui peut être supérieur à 5 grâce à la température de l'air alimentant le circuit de captage 68.

La pompe à chaleur 56 est alimentée électriquement par un panneau photovoltaïque 78 de petite taille installé sur le toit du bâtiment 10 et une batterie 80 de 48 Volts qui sert au stockage de l'énergie électrique produite par le panneau 78. Avantageusement, l'énergie thermique générée en fonctionnement par le panneau 78 est récupérée et transférée au circuit de captage 68 de la pompe à chaleur. On peut aussi prévoir d'alimenter l'installation de VMC 26 de la figure 3 par l'énergie produite par le panneau photovoltaïque 78.

De façon classique, on peut asservir le fonctionnement de la pompe à chaleur 56 à la température de l'air extérieur 74 de façon à obtenir une température sensiblement constante de l'air injecté dans le bâtiment par les bouches 34.

Avantageusement, la pompe à chaleur 56 est du type réversible, de sorte qu'elle peut refroidir, en été ou par temps chaud, l'air extérieur admis dans le bâtiment.

En variante, la pompe à chaleur 56 peut être remplacée par un échangeur thermique et hydrique d'un type disponible dans le commerce (commercialisé sous les marques MITSUBISHI et HELIOS par exemple) qui permet de récupérer la chaleur et l'hygrométrie de l'air sortant des espaces 18 pour chauffer et humidifier l'air destiné à être admis dans le bâtiment.

De façon générale, l'installation de la figure 7 permet, en consommant uniquement une énergie électrique gratuite produite par un panneau photovoltaïque, de renouveler l'air d'un bâtiment par de l'air neuf ayant une température prédéterminée sensiblement constante toute l'année, par exemple de 18 à 20°C environ, et de chauffer un ballon d'eau chaude sanitaire d'un volume standard. Le renouvellement de l'air extrait par une VMC du bâtiment par de l'air neuf à 1 8-20°C (au lieu de 0-5°C en hiver ou de 30-35°C en été dans la technique antérieure) réduit fortement les besoins de chauffage en hiver et de refroidissement en été.