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, agricole, commercial, industriel, de bureaux ou autre.

On cherche actuellement des solutions simples et efficaces permettant de réguler la température dans des bâtiments en consommant un minimum d'énergie non renouvelable (bâtiments basse consommation ou passifs ou à énergie positive) tout en respectant la réglementation en vigueur qui impose une ventilation permanente dans les bâtiments, avec une extraction d'air vicié dans certaines pièces telles que les cuisines, salles de bains et toilettes.

La présente invention a pour but de répondre à ce besoin.

Elle propose à cet effet un procédé de régulation de la température et de l'humidité relative de l'air dans un bâtiment, comprenant une extraction d'air vicié de certaines pièces du bâtiment et une introduction d'air neuf extérieur dans le bâtiment, caractérisé en ce qu'il consiste à : - faire passer l'air neuf extérieur dans un échangeur de chaleur eau-air pour lui donner une température prédéterminée, différente de celle souhaitée dans le bâtiment, et une hygrométrie prédéterminée et à introduire ensuite l'air neuf dans le bâtiment, et

- faire passer l'air vicié extrait du bâtiment dans des espaces délimités entre des parois internes et externes d'au moins certains des murs, plafonds et/ou planchers du bâtiment, pour créer une barrière thermique autour du bâtiment, et rejeter ensuite l'air vicié à l'extérieur.

Ce passage d'air vicié extrait dans les murs, plafonds et/ou planchers permet de limiter, voire d'annuler, les flux thermiques à travers ces murs, plafonds et/ou planchers et d'augmenter le confort dans le bâtiment, aussi bien en été qu'en hiver, et de réguler la température et l'hygrométrie de l'air dans le bâtiment pour obtenir une sensation de confort optimal, conformément aux recommandations de l'Organisation Mondiale de la Santé (O.M.S.), tout en consommant une quantité minimale, voire nulle, d'énergie non renouvelable.

En hiver ou par temps froid, l'invention consiste à chauffer l'air neuf extérieur dans l'échangeur eau-air pour lui donner une valeur supérieure à celle souhaitée dans le bâtiment, puis à humidifier l'air neuf pour lui donner une température et une hygrométrie prédéterminées et à l'introduire ensuite dans le bâtiment, la température de l'air neuf étant supérieure de 1 à 10°C à celle souhaitée dans le bâtiment.

On peut avantageusement humidifier l'air neuf par passage de cet air sur de l'eau ou dans un brouillard de gouttelettes d'eau ou à travers une membrane poreuse humide.

En été ou par temps chaud, le procédé consiste à refroidir l'air neuf extérieur par échange de chaleur pour lui donner une température inférieure à celle souhaitée dans le bâtiment et pour condenser une partie de son humidité, puis à réchauffer l'air neuf par échange de chaleur pour lui donner une hygrométrie sensiblement égale à celle souhaitée dans le bâtiment et une température inférieure de 1 à 10 °C à celle souhaitée dans le bâtiment, et à l'introduire ensuite dans le bâtiment.

Il est avantageusement possible de refroidir l'air neuf extérieur par échange de chaleur avec de l'eau froide sanitaire et ensuite, après condensation d'une partie de son humidité, de le réchauffer par échange de chaleur avec de l'eau chaude sanitaire.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé consiste à utiliser comme échangeur de chaleur eau-air un dispositif de production d'eau chaude sanitaire à énergie renouvelable par exemple solaire, géothermique, ou à récupération de chaleur, et à régler la température de l'air neuf sortant de l'échangeur eau-air par réglage de la vitesse de passage de l'air neuf dans cet échangeur.

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, comprenant des moyens d'extraction d'air vicié de certaines pièces du bâtiment et des moyens d'introduction d'air neuf extérieur dans le bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur eau-air alimenté en air neuf extérieur et raccordé aux moyens d'introduction d'air neuf dans le bâtiment, des moyens de réglage de la température et de l'hygrométrie de l'air neuf sortant dudit échangeur, ces moyens de réglage comprenant des moyens d'humidification de l'air neuf, et des moyens pour faire passer l'air vicié extrait du bâtiment dans des espaces délimités entre des parois internes et externes d'au moins certains murs, plafonds et/ou planchers du bâtiment, pour créer une barrière thermique autour du bâtiment, et pour rejeter ensuite l'air vicié à l'extérieur.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ce dispositif comprend un dispositif de production d'eau chaude sanitaire comprenant des moyens de préchauffage d'eau sanitaire entrante et un ballon de chauffage et de stockage d'eau chaude sanitaire, alimenté en eau par les moyens de préchauffage, ainsi que des moyens pour faire passer le débit d'air neuf extérieur dans les moyens de préchauffage et dans le ballon de chauffage et de stockage.

Le dispositif de production d'eau chaude sanitaire est avantageusement du type à énergie renouvelable, par exemple solaire, géothermique, ou à récupération de chaleur.

L'invention propose encore un bâtiment, comprenant des moyens d'exécution du procédé défini ci-dessus ou un dispositif tel que défini ci- dessus, au moins certains des murs, plafonds et/ou planchers du bâtiment comprenant deux parois, interne et externe respectivement, délimitant entre elles des espaces de circulation d'air, le bâtiment comprenant des moyens pour faire circuler dans ces espaces de l'air vicié extrait du bâtiment afin de créer une barrière thermique autour du bâtiment.

Dans un mode de réalisation préféré, les espaces de circulation d'air vicié sont formés entre deux panneaux de matériau thermiquement isolant. De façon générale, l'invention permet d'assurer une régulation de la température et de l'humidité relative de l'air à l'intérieur d'un bâtiment, tout au long de l'année, et de couvrir la totalité des pertes thermiques dans le bâtiment, en consommant une quantité très faible, voire nulle, d'énergie non renouvelable.

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 très schématique en coupe d'un bâtiment équipé d'un dispositif selon l'invention ;

- la figure 2 représente schématiquement les moyens de traitement de l'air neuf extérieur et leur fonctionnement en hiver et en été ;

- la figure 3 représente un diagramme de VERON ;

- les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de dessus représentant les circuits de distribution de l'air neuf extérieur et d'extraction de l'air vicié, respectivement ;

- la figure 6 est une vue partielle en coupe d'un mur d'un bâtiment selon l'invention.

En figure 1 , on a représenté schématiquement une partie d'un bâtiment 10, par exemple d'habitation ou de bureaux, ou encore un bâtiment commercial, industriel, agricole ou autre, qui comprend des murs extérieurs 10 et une toiture 12, les murs extérieurs comprenant une paroi extérieure 14 et une paroi intérieure 16 qui délimitent entre elles des espaces 18 de circulation d'air ou « lames d'air ».

Les parois extérieures 14 sont par exemple des murs porteurs réalisés avec des produits courants tels que des briques, des parpaings, des pierres, des panneaux de béton cellulaire, etc.

Les parois intérieures 16 sont des cloisons rapportées sur la face intérieure des murs 14 et posées de façon à ménager avec les murs 14 les espaces 18 de circulation d'air qui ont une épaisseur de quelques centimètres et qui s'étendent de préférence sur toute la surface des murs 14.

En variante, les parois intérieures peuvent être des murs porteurs et les parois extérieures sont formées par une isolation thermique extérieure rapportée sur la face extérieure des murs porteurs.

Comme décrit dans des demandes de brevet antérieures des inventeurs, les murs et les cloisons peuvent être en matériaux microporeux à la vapeur d'eau et à l'humidité et imperméables à l'air et à l'eau et les espaces 18 peuvent comporter une série de canaux verticaux délimités par des tasseaux verticaux et alimentés en air à leurs extrémités supérieures par une chambre commune équipée d'un clapet d'entrée d'air. Par leurs extrémités inférieures, les canaux communiquent avec une chambre commune équipée d'un clapet de sortie d'air, qui débouche à l'extérieur ou dans un vide sanitaire sous le bâtiment 10. Les clapets d'entrée d'air et de sortie d'air sont avantageusement fermés au repos et ouverts par une surpression d'air.

Des espaces 18 de circulation d'air vicié extrait du bâtiment sont également formés dans au moins certains des plafonds 17 et des planchers 19 du bâtiment. Quand le bâtiment comprend plusieurs étages, il est en général suffisant de former des espaces 18 de circulation d'air vicié dans les plafonds de l'étage supérieur et dans les planchers de l'étage inférieur.

Dans l'exemple de réalisation représenté aux dessins, le dispositif de régulation de température et d'hygrométrie selon l'invention qui équipe le bâtiment 10, comprend essentiellement des moyens d'extraction d'air vicié et de circulation de l'air extrait dans les lames d'air 18, des moyens d'introduction d'air neuf extérieur et des moyens 20 de production d'eau chaude sanitaire (ECS) à énergie solaire, par exemple alimentés par un panneau photovoltaïque 22 monté sur le toit 12 du bâtiment.

Un tel panneau ayant une surface d'un mètre carré et soumis à un ensoleillement maximal d'environ 1 kW produit environ 200W de puissance électrique que l'on utilise pour chauffer de l'eau par effet Joule au moyen d'une résistance électrique 24 immergée dans un ballon 26 d'eau chaude sanitaire (figure 2) et environ 700W de puissance thermique dont on peut récupérer environ 50% au moyen d'un fluide approprié que l'on fait circuler dans un serpentin 28 immergé dans le ballon d'eau chaude sanitaire.

En variante, on peut utiliser d'autres types de capteurs solaires ou d'autres sources de chaleur (par exemple géothermie ou récupération de chaleur ou éventuellement une pompe à chaleur) pour chauffer l'eau chaude sanitaire.

De façon détaillée, les moyens 20 comprennent un ballon 26 d'une taille standard (par exemple 200-300 litres) contenant de l'eau chauffée à une température d'environ 65-70°C par la résistance 24 et le serpentin 28 pour les besoins en eau chaude sanitaire du bâtiment, et un ballon 30 de préchauffage d'eau froide sanitaire, comprenant des moyens 31 d'alimentation en eau froide (à partir d'un réseau de distribution d'eau par exemple) et des moyens, tels qu'un serpentin 32 ou analogue, de passage d'un débit d'air neuf prélevé à l'extérieur du bâtiment. Le ballon 30 est relié en 33 au ballon 26 pour l'alimenter en eau préchauffée au fur et à mesure du prélèvement d'eau chaude sanitaire dans le bâtiment.

En variante, le ballon 30 est remplacé par un échangeur de chaleur d'un type approprié.

Le débit d'air vicié qui est extrait des pièces humides du bâtiment (salle de bains, cuisine, toilettes, ...) par aspiration au moyen de ventilateurs, est remplacé par un débit égal d'air neuf extérieur que l'on fait d'abord passer dans le serpentin 32 du ballon 30 puis dans un serpentin 34 ou analogue immergé dans le ballon d'eau chaude 26. La sortie du serpentin 32 comporte des moyens 36 d'évacuation de l'eau éventuellement condensée dans ce serpentin et est reliée à l'entrée du serpentin 34.

La sortie du serpentin 34 est reliée, à l'extérieur du ballon 26, à des moyens 36 d'humidification de l'air d'un type quelconque approprié, par exemple par passage du débit d'air sur une surface d'eau, par projection d'un brouillard de gouttelettes d'eau ou par passage du débit d'air à travers une membrane humide. A la sortie des moyens 36, le débit d'air neuf est amené jusqu'à des bouches de soufflage d'air dans des pièces du bâtiment.

Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant :

En hiver, l'eau qui alimente les moyens 20 de production d'eau chaude sanitaire est à une température basse, de par exemple 10 à 14°C.

L'air neuf extérieur qui passe dans le serpentin 32 du ballon 30 a une température initiale qui peut être comprise entre -5°C et +5°C de façon générale et une hygrométrie relativement élevée comprise entre 50% et 80% dans la plupart des cas. Le passage du débit d'air neuf (qui est déterminé par le débit d'air vicié extrait et qui est par exemple de l'ordre de 150 à 200m ³ /heure pour une surface habitable d'environ 100-130m ² ) dans le serpentin 32 va élever la température de l'air à environ 3-8°C et baisser son hygrométrie à environ 30-40%, comme on peut le voir sur le diagramme de VERON de la figure 3 (ce diagramme donnant les courbes de variation d'hygrométrie ou humidité relative de l'air en fonction de la température d'air sec et de la quantité d'eau par kg d'air sec). L'eau sortant du ballon 30 est chauffée dans le ballon 26 à 65°C-70°C environ par la résistance électrique 24 et le serpentin 28 alimentés par le capteur photovoltaïque 22.

L'air neuf sortant du serpentin 32 passe dans le serpentin 34 du ballon d'eau chaude 26 dont il sort à une température d'environ 35°C avec une hygrométrie de 6% environ et passe ensuite dans les moyens d'humidification 36 pour en sortir à une température de 24°C environ et avec une hygrométrie d'environ 50%, afin que cet air introduit à l'intérieur du bâtiment procure une sensation de confort optimal aux occupants du bâtiment.

L'introduction d'air à 24°C environ dans le bâtiment permet de maintenir une température de l'ordre de 20°C dans le bâtiment, compte tenu des différentes pertes thermiques.

L'air vicié qui est extrait des pièces humides du bâtiment est à une température d'environ 19-20°C et est envoyé dans les espaces ou lames d'air 18 où il circule à une vitesse moyenne de l'ordre de 3 à 5 cm/s, pour maintenir les parois internes 16 d'au moins certains des murs, des plafonds 17 et/ou des planchers 19 à une température moyenne d'environ 18-19°C.

On a constaté que si l'on maintient la température des faces internes des parois internes 16 des murs, des plafonds 17 et/ou des planchers 19 à environ 18-19°C, on donne une plus grande sensation de chaleur et de confort dans le bâtiment et on peut réduire à 18 ou 19°C la température à l'intérieur du bâtiment sans nuire au confort des occupants.

Le passage d'air à 20°C environ dans les lames d'air 18 permet de réduire fortement ou d'annuler les flux thermiques à travers les murs, les plafonds et les planchers, et de créer une barrière thermique autour du bâtiment.

Si on souhaite que la température de l'air amené dans les lames d'air 18 soit supérieure de quelques °C à la température de l'air dans le bâtiment, on peut monter des moyens chauffants à l'entrée des lames d'air, tels par exemple que des résistances électriques qui vont dissiper par effet Joule une puissance d'environ 300 à 400W, suffisante pour augmenter la température de l'air de 2 ou 3°C.

On a donc ainsi des murs, des plafonds et/ou des planchers « chauffants » qui rayonnent de l'énergie thermique vers l'intérieur du bâtiment, ce qui se traduit par une sensation de confort optimal pour les personnes dans le bâtiment. Les flux thermiques vers l'extérieur à travers les parois internes 16 sont annulés et les flux thermiques vers l'extérieur à travers les parois externes 14 des murs n'intéressent alors que le débit d'air vicié circulant dans les lames d'air 18, et non l'intérieur du bâtiment.

En été, l'eau froide qui alimente le ballon 30 est à une température d'environ 14 à 18°C et l'air neuf prélevé à l'extérieur est à une température comprise entre 30 et 40°C avec une hygrométrie faible comprise entre 30 et 50% en moyenne mais qui peut atteindre 80% dans certaines régions. L'air neuf circule dans le serpentin 32 et en sort à une température de l'ordre de 15°C par exemple et une hygrométrie de 90%, le refroidissement de l'air s'accompagnant d'une condensation d'humidité (voir le diagramme de VERON de la figure3), l'eau condensée dans le serpentin 32 étant extraite en 36. Le réglage de la vitesse de l'air dans le serpentin 32 permet d'ajuster sa température en sortie du serpentin.

L'air neuf refroidi qui passe ensuite dans le serpentin 34 du ballon d'eau chaude 26, en sort à une température de 23°C par exemple, avec une hygrométrie de 50% environ et traverse les moyens d'humidification qui sont inactifs pour être introduit dans le bâtiment, en donnant une sensation de confort optimal dans le bâtiment.

Il se peut également qu'en été l'air extérieur ait une température maximale de l'ordre de 40°C avec une hygrométrie relativement faible de 30%. Quand cet air est rafraîchi dans le ballon 30, son hygrométrie va passer à 70 ou 80%. Cet air par exemple à 22°C environ insufflé dans une pièce dont l'air est à 25°C avec une hygrométrie de 50%, se réchauffe et voit son hygrométrie baisser aux alentours de 60%, ce qui correspond aux conditions de confort.

L'air vicié extrait du bâtiment est à une température de l'ordre de

25°C par exemple et circule dans les lames d'air 18 pour maintenir les parois internes 16 des murs, des plafonds et/ou des planchers à une température égale à celle de l'air à l'intérieur du bâtiment, de l'ordre de 25°C.

Des exemples de réalisation des circuits de distribution d'air neuf et d'extraction d'air vicié sont représentés schématiquement aux figures 4 à 6.

Selon l'invention, des gaines horizontales de passage d'air neuf 40 et d'air vicié extrait 42 sont intégrées dans les parties supérieures des murs à chaque niveau du bâtiment, plus précisément au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi interne 16 et de la lame d'air 18, comme représenté en figure 6. Chaque gaine d'air neuf 40 s'étend à partir des moyens 20 de production d'eau chaude sanitaire en direction des pièces du bâtiment à alimenter en air neuf (séjour 44 et chambres 46 sur le plan de la figure 4), les moyens 20 étant alimentés en air depuis un point 48 de prélèvement d'air extérieur équipé de moyens de filtrage. Dans l'exemple de la figure 4, une première gaine 40 est reliée en entrée à la sortie des moyens humidificateurs 36 (qui sont actifs en hiver et inactifs en été) et s'étend le long de la cuisine pour alimenter trois bouches 52 de soufflage d'air dans le séjour 44 et dans deux chambres 46. Une seconde gaine 40 s'étend, à l'opposé de première gaine 40, de la sortie des moyens humidificateurs 36 jusqu'à des bouches 52 de soufflage d'air dans le séjour 44 et dans une troisième chambre 46.

Les gaines 42 d'extraction d'air vicié s'étendent chacune entre une bouche d'aspiration 54 équipée d'un ventilateur et d'un filtre, et une lame d'air 18, de façon à ce que l'air vicié circule dans la lame d'air le long d'au moins un mur extérieur d'une pièce jusqu'à une bouche 56 de rejet de l'air vicié à l'extérieur du bâtiment, certaines bouches d'aspiration 54 pouvant alimenter directement des lames d'air 18.

Dans l'exemple de la figure 5, une bouche d'aspiration 54 située dans la cuisine 50 alimente une lame d'air 18 qui s'étend le long de deux murs de la cuisine jusqu'à une bouche de rejet 56, et alimente également une gaine 42 qui s'étend jusqu'à une lame d'air 18 commune à un mur du séjour 44, un mur d'une première chambre 46 et deux murs d'une deuxième chambre 46 adjacente à la première, l'air vicié passant dans cette lame d'air étant éjecté à l'extérieur en 56 à l'extrémité du second mur de la deuxième chambre. Une autre bouche d'aspiration 54 située dans le cellier 58 attenant à la cuisine, alimente une lame d'air 18 le long d'un mur d'un hall d'entrée 60 jusqu'à une bouche de rejet à l'extérieur 56.

Une troisième bouche d'aspiration 54 située dans la salle de bains 62 alimente une lame d'air 18 qui s'étend le long de deux murs de la troisième chambre 46 jusqu'à une bouche de rejet 56, et une quatrième bouche d'aspiration 54 située dans les toilettes 64 alimente une lame d'air 18 qui s'étend le long d'un mur du séjour 44 jusqu'à une bouche de rejet 56 située au niveau du hall d'entrée 60.

On voit en figure 5 que l'air vicié extrait des pièces humides 50, 58, 62 et 64 circule dans des lames d'air 18 qui s'étendent le long de tous les murs 14, 16 de l'habitation représentée au dessin.

Un exemple d'agencement des gaines 40 et 42 est représenté schématiquement en figure 6, où l'on voit qu'une bouche d'aspiration 54 est située juste sous un plafond 66 d'une pièce et alimente une lame d'air 18 du mur et une lame d'air 18 du plafond 66 par l'intermédiaire d'un filtre 68 et d'un ventilateur 70. Des moyens 72 tels qu'une résistance électrique sont prévus en entrée des lames d'air 18 pour réchauffer l'air vicié en hiver si nécessaire. Une gaine 40 de circulation d'air neuf s'étend à l'intérieur du plafond 66, le long de l'élément supérieur 74 de la paroi extérieure 14 du mur de la pièce.

Il est avantageux que la lame d'air 18 du plafond 66 soit formée entre deux panneaux 67 d'isolation thermique recouvrant la face supérieure du plafond. De même, les lames d'air 18 des murs et des planchers sont formées avantageusement entre deux panneaux d'isolation thermique extérieurs des murs et des planchers.

Dans un exemple de réalisation, la surface habitable du bâtiment est de 100m ² , le débit d'air vicié extrait est de 150m ³ /h, la surface du capteur photovoltaïque 22 est de 7 m ² , la puissance moyenne produite par ce capteur en hiver est de 1900W, le volume du ballon 26 est de 300 litres et la puissance absorbée par le chauffage à 70°C environ de l'eau stockée dans ce ballon est de 1430W, ce qui laisse un excédent de puissance d'environ 470W. L'air neuf extérieur est prélevé à une température de -5°C et est chauffé par passage dans les serpentins 32 et 34 et humidifié par les moyens 36 pour être introduit dans le bâtiment à 24°C, le chauffage de l'air neuf se traduisant par une baisse d'environ 4°C de l'eau du ballon 26 en l'absence d'apports solaires. Quand un bâtiment est du type basse consommation avec une bonne isolation thermique et est équipé d'une VMC à double flux, ses besoins énergétiques pour compenser les pertes thermiques sont de l'ordre de 43kWh/m ² /an pour le chauffage et le rafraîchissement. Quand ce bâtiment est équipé d'un dispositif selon l'invention avec des lames d'air dans les murs, les plafonds et les planchers d'au moins certaines pièces, les flux thermiques entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment sont réduits d'au moins 75%. Quand le bâtiment est équipé d'un panneau photovoltaïque d'au moins 7m ² , il produit plus d'énergie qu'il n'en consomme pour son chauffage et son rafraîchissement et est du type BEPOS.