FR3041085A1

FR3041085A1 - Puits climatique multi-etage comportant des moyens de controle de la distribution d'air exterieur dans un habitat

Info

Publication number: FR3041085A1
Application number: FR1558467A
Authority: FR
Inventors: Benjamin David; Patricia Carbajo; Mathieu Mariotto
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-17

Abstract

L'objet principal de l'invention est un puits climatique (1) multi-étagé pour le chauffage et/ou le rafraîchissement d'un habitat (10), comportant : un élément de prise d'air extérieur (2) ; une pluralité d'étages échangeurs air-sol (E1, E2), recevant l'air extérieur de l'élément de prise d'air extérieur (2), chaque étage échangeur (E1, E2) comportant au moins un conduit d'échangeur air-sol (C1, C2) disposé à une profondeur (P1, P2) dans le sol (S) différente pour chaque étage échangeur (E1, E2) ; un élément d'arrivée d'air insufflé (4) provenant d'au moins un conduit d'échangeur air-sol (C1, C2), relié aux étages échangeurs air-sol (E1, E2) ; des moyens de contrôle de la distribution dans l'habitat (10) de l'air extérieur configurés pour effectuer une distribution sélective de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol (C1, C2) par le biais d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol (C1, C2).

Description

PUITS CLIMATIQUE MULTI-ÉTAGÉ COMPORTANT DES MOYENS DE CONTRÔLE DE LA DISTRIBUTION D'AIR EXTÉRIEUR DANS UN HABITAT

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention est concernée par la problématique du chauffage et du rafraîchissement de l'habitat, et plus généralement par celle du confort thermique.

Plus particulièrement, l'invention se rapporte au domaine des puits climatiques (ou échangeurs air-sol), qui sont des échangeurs géothermiques à très basse énergie permettant de rafraîchir ou de réchauffer l'air ventilé dans un bâtiment, étant notamment utilisés dans l'habitat passif et/ou basse consommation. L'invention propose ainsi un puits climatique multi-étagé comportant une pluralité d'étages échangeurs air-sol à différentes profondeurs du sol et des moyens de contrôle de la distribution de l'air extérieur prélevé dans l'habitat, ainsi qu'un procédé de contrôle de la distribution dans un habitat d'air extérieur prélevé par un tel puits climatique multi-étagé.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans un contexte de conjoncture énergétique de plus en plus difficile et du fait d'objectifs de performances toujours plus élevés et exigeants, le développement de systèmes énergétiques privilégiant les ressources énergétiques disponibles autour de l'habitat, telles que le solaire, le vent, le rayonnement nocturne et le sol, devient une priorité essentielle. Habituellement configurés pour être le plus passif possible en privilégiant la récupération énergétique, ces systèmes représentent une avancée certaine pour répondre à la problématique énergétique du bâtiment.

Dans le cas de tels systèmes énergétiques, la technologie du puits climatique est maintenant bien connue. Celle-ci repose sur l'exploitation de l'énergie sensible du sol. On distingue ainsi classiquement deux types de puits climatiques, à savoir : les puits canadiens pour une utilisation en mode de préchauffage de l'air, et les puits provençaux pour une utilisation en mode de rafraîchissement de l'air. Dans toute la suite de la description, l'expression « puits climatique » pourra désigner l'un ou l'autre de ces deux types, l'invention n'étant nullement limitée à l'un ou l'autre des deux modes de fonctionnement.

De façon générale, le principe du puits climatique consiste à faire circuler l'air extérieur dans un tube enterré sous le sol, désigné par l'expression « tube échangeur», avant de l'insuffler dans l'habitat par le biais d'un système de ventilation quelconque.

Le principe du puits climatique repose ainsi sur une technologie simple et éprouvée d'échangeur air-sol, qui part du constat que les variations journalières et annuelles de température sont amorties dans le sol à mesure que la profondeur considérée augmente. L'objectif d'un puits climatique est alors de transférer de l'énergie sensible du sol vers l'air lors d'un besoin de chauffage, notamment en hiver, et inversement lors d'un besoin de rafraîchissement, notamment en été.

Actuellement, les puits climatiques connus de l'art antérieur sont généralement constitués des éléments suivants : une borne de prise d'air extérieur; une pluralité de conduits extérieurs à l'habitat, enterrés dans le sol, par lesquels l'air aspiré circule; un système d'évacuation de condensats des conduits enterrés; un ventilateur d'extraction qui rejette l'air tempéré par le puits climatique à l'intérieur du bâtiment ; un by-pass qui dispose d'une prise d'air directe à l'air extérieur afin de délivrer la température d'air la plus adéquate selon la période de l'année. En hiver, le by-pass optera pour la température la plus chaude, et en été pour la température la plus fraîche.

Par ailleurs, dans le cas d'un couplage à une unité de ventilation double flux centralisée, les puis climatiques comportent également : un réseau de conduits intérieurs à l'habitat qui permet de répartir l'air renouvelé dans les différentes pièces (conduits d'insufflation) et de distribuer l'air vicié à l'extérieur de l'habitat (conduits d'extraction) ; des bouches d'aération qui ventilent l'air tempéré dans l'habitat (bouches de soufflage) ou qui rejettent l'air vicié à l'extérieur de l'habitat (bouches d'extraction).

Très peu de solutions connues de l'art antérieur diffèrent du principe général de conception d'un puis climatique. On peut néanmoins citer la demande de brevet français FR 2 439 948 Al, qui divulgue un système classique de puits climatique couplé à une ventilation mécanique contrôlée (VMC) double flux. L'installation d'un panneau solaire thermique est prévue au niveau de la prise d'air extérieur afin d'apporter un premier préchauffage en hiver.

Par ailleurs, la demande de brevet européen EP 2 299 196 Al décrit un système de puits climatique avec un élément chauffant sur la paroi de l'échangeur air-sol afin d'accentuer le niveau de préchauffage en cas de besoin.

La demande de brevet français FR 2 943 122 Al cherche quant à elle à améliorer les performances d'un puits climatique en optimisant plusieurs de ses éléments : présence d'une vitre au niveau de la prise d'air pour créer un effet de serre ; présence d'un tube ailetté pour augmenter les turbulences et donc le transfert de chaleur; présence d'un tuyau tubé pour améliorer le rendement; installation d'une bâche étanche sous le tuyau pour saturer le sol en eau et ainsi améliorer sa conductivité thermique.

Les solutions connues de l'art antérieur pour la conception de puits climatiques ne sont pas entièrement satisfaisantes. En effet, elles ne présentent pas un réel travail d'optimisation du positionnement des tubes enterrés dans la profondeur du sol afin de tirer au mieux parti du signal de température de surface. Ainsi, il est couramment établi que la profondeur optimale se situe entre 2 et 4 m pour la raison que cela correspond, pour la majorité des sols, à la profondeur à laquelle le signal est quasiment entièrement amorti, et donc où la température est sensiblement constante toute l'année.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Il existe par conséquent un besoin pour proposer une solution alternative de conception d'un puits climatique pour le réchauffage et/ou le rafraîchissement d'un habitat, permettant d'optimiser les performances du puits climatique en fonction notamment de la profondeur d'enterrement des conduits extérieurs et des besoins en chauffage et/ou refroidissement de l'habitat. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un puits climatique multi-étagé pour le chauffage et/ou le rafraîchissement d'un habitat, caractérisé en ce qu'il comporte : - un élément de prise d'air extérieur, comportant une première extrémité ouverte pour la prise d'air extérieur et une deuxième extrémité située au niveau du sol, - une pluralité d'étages échangeurs air-sol, au moins partiellement enterrés dans le sol et recevant l'air extérieur provenant de la deuxième extrémité de l'élément de prise d'air extérieur, chaque étage échangeur comportant au moins un conduit d'échangeur air-sol disposé à une profondeur dans le sol différente pour chaque étage échangeur, - un élément d'arrivée d'air insufflé provenant d'au moins un conduit d'échangeur air-sol, relié aux étages échangeurs air-sol et comportant une extrémité de sortie d'air insufflé dans l'habitat pour son chauffage et/ou son rafraîchissement, - des moyens de contrôle de la distribution dans l'habitat de l'air extérieur provenant de l'élément de prise d'air extérieur, configurés pour effectuer une distribution sélective dans l'habitat de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol par le biais d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol.

Le puits climatique selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.

Les moyens de contrôle peuvent comporter des dispositifs de by-pass associés respectivement aux conduits d'échangeurs air-sol, chaque dispositif de by-pass permettant d'empêcher ou d'autoriser la distribution d'air provenant du conduit d'échangeur air-sol auquel il est associé.

Les dispositifs de by-pass peuvent comporter des vannes automatiques de by-pass situées respectivement dans les conduits d'échangeurs air-sol et/ou en aval des conduits d'échangeurs air-sol.

Les moyens de contrôle peuvent encore comporter un système de commande, destiné notamment à être accessible dans l'habitat, apte à commander le fonctionnement des dispositifs de by-pass à partir d'un ou plusieurs paramètres de contrôle, et notamment en fonction de la valeur de la température de l'air extérieur donnée par une sonde de température, par exemple externe à l'habitat.

Le puits climatique peut comporter un moyen de ventilation de l'air circulant à l'intérieur de l'élément d'arrivée d'air insufflé à destination de l'habitat.

Le puits climatique peut préférentiellement être du type bi-étagé, comportant un premier étage échangeur air-sol et un deuxième étage échangeur air-sol, le premier étage échangeur comportant au moins un premier conduit d'échangeur air-sol disposé à une première profondeur dans le sol et le deuxième étage échangeur comportant au moins un deuxième conduit d'échangeur air-sol disposé à une deuxième profondeur dans le sol, les première et deuxième profondeurs étant différentes.

La première profondeur peut être comprise entre 50 cm et 1 m, étant notamment égale à environ 70 cm, et la deuxième profondeur peut être supérieure ou égale à 2 m, étant notamment égale à environ 2 m.

Le ou les premiers conduits d'échangeurs air-sol du premier étage échangeur air-sol peuvent présenter une première longueur différente de la deuxième longueur du ou des deuxièmes conduits d'échangeurs air-sol du deuxième étage échangeur air-sol. En particulier, le ou les premiers conduits d'échangeurs air-sol du premier étage échangeur air-sol peuvent présenter une première longueur inférieure à la deuxième longueur du ou des deuxièmes conduits d'échangeurs air-sol du deuxième étage échangeur air-sol, la première longueur étant notamment inférieure ou égale à 30 m et la deuxième longueur étant notamment inférieure ou égale à 40 m. Il est à noter que ces valeurs sont indicatives et qu'elles peuvent varier notamment en fonction du volume de l'habitat à ventiler.

Tout ou partie des étages échangeurs air-sol peut comporter chacun une pluralité de conduits d'échangeurs air-sol disposés de façon sensiblement parallèle les uns par rapport aux autres, afin notamment d'assurer le débit de ventilation nécessaire tout en assurant de bonnes performances thermiques et en limitant les pertes de charge.

Le puits climatique peut comporter en outre un conduit de distribution, au moins partiellement enterré dans le sol et relié à la deuxième extrémité de l'élément de prise d'air extérieur, la pluralité d'étages échangeurs air-sol étant reliée au conduit de distribution. L'élément d'arrivée d'air insufflé peut comporter un conduit d'arrivée d'air insufflé, notamment au moins partiellement enterré dans le sol, dans lequel débouchent les conduits d'échangeurs air-sol. L'élément de prise d'air extérieur peut comporter un filtre à particules d'air situé au niveau de la première extrémité ouverte pour la prise d'air extérieur. L'élément de prise d'air extérieur peut encore comporter une sonde de température pour la mesure de la température de l'air extérieur. L'élément de prise d'air extérieur peut également comporter un joint d'étanchéité situé au niveau de la deuxième extrémité de l'élément de prise d'air extérieur, entourant notamment un conduit de distribution.

Les moyens de contrôle peuvent encore comporter des dispositifs de by-pass disposés dans ou à proximité de l'élément d'arrivée d'air insufflé, le puits climatique étant destiné à un habitat comprenant un sous-sol et l'élément d'arrivée d'air insufflé étant destiné à traverser au moins partiellement le sous-sol de sorte que les dispositifs de by-pass soient accessibles dans le sous-sol, ainsi que la récupération de condensats éventuels. Aussi, dans cette configuration, les condensats sont avantageusement éliminés dans le sous-sol.

Le puits climatique peut en variante comporter un conduit d'accès, au moins partiellement enterré dans le sol, les moyens de contrôle comportant des dispositifs de by-pass situés dans le conduit d'accès et respectivement dans les conduits d'échangeurs air-sol, le conduit d'accès comportant une première extrémité situé au niveau du sol formant un regard d'accès aux dispositifs de by-pass, le puits climatique étant destiné à un habitat dépourvu de sous-sol de sorte que le conduit d'accès permette l'accès aux dispositifs de by-pass.

Le puits climatique peut alors comporter également des conduits d'évacuation de condensats respectivement reliés aux conduits d'échangeurs air-sol à l'intérieur du conduit d'accès, le conduit d'accès permettant ainsi d'accéder aux conduits d'évacuation de condensats.

Les moyens de contrôle peuvent encore comporter un système de sélection d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol, situé notamment à l'intérieur d'un conduit de distribution relié à la deuxième extrémité de l'élément de prise d'air extérieur, configuré pour effectuer une distribution sélective dans l'habitat de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol par le biais d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol.

Le système de sélection peut être un système de glissière comportant une paroi externe munie d'une pluralité d'ouvertures, chaque ouverture étant associée à au moins un conduit d'échangeur air-sol d'un étage échangeur air-sol, le système de glissière étant apte à être entraîné en rotation de sorte à permettre à chaque ouverture d'être alternativement en vis-à-vis dudit au moins un conduit d'échangeur air-sol de l'étage échangeur air-sol associé à cette ouverture pour autoriser la circulation d'air extérieur dans ledit au moins un conduit d'échangeur air-sol de l'étage échangeur air-sol associé, la présence ou non d'une ouverture donnée en vis-à-vis du conduit d'échangeur air-sol associé permettant de former un by-pass.

Par ailleurs, tout ou partie des étages échangeurs air-sol peut comporter chacun un nombre multiple de conduits d'échangeurs air-sol, notamment disposés de façon sensiblement parallèle les uns par rapport aux autres.

En outre, l'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de contrôle de la distribution dans un habitat d'air extérieur prélevé par un puits climatique multi-étagé tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de distribution sélective dans l'habitat de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol du puits climatique par la réalisation d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol.

Le fonctionnement du by-pass peut avantageusement être commandé par le biais d'un algorithme de commande de la distribution sélective, tenant compte d'un ou plusieurs paramètres de contrôle, tels que la température de l'air extérieur, la température du sol et/ou la ou les températures des conduits d'échangeurs air-sol.

Par ailleurs, l'algorithme de commande peut mettre en oeuvre les étapes suivantes : a) mesure de la température de l'air extérieur à l'habitat, b) vérification d'une première relation de contrôle, notamment de la relation suivante : 19°C < température de l'air extérieur < 25°C, c) si la première relation de contrôle de l'étape b est vérifiée, réalisation d'un by-pass du puits climatique pour insuffler directement de l'air extérieur dans l'habitat (10) et réitération de l'algorithme par l'étape a, d) si la première relation de contrôle de l'étape b n'est pas vérifiée, mesure de la température du sol en périphérie des conduits d'échangeurs air-sol, e) vérification d'une deuxième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : température du sol > température de l'air extérieur, f) si la deuxième relation de contrôle de l'étape e est vérifiée, vérification d'une troisième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : 19°C > température de l'air extérieur, g) si la deuxième relation de contrôle de l'étape e n'est pas vérifiée, vérification d'une quatrième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : 25°C < température de l'air extérieur, i) si la troisième et/ou la quatrième relations de contrôle respectivement des étapes f et g ne sont pas vérifiées, réalisation d'un by-pass du puits climatique pour insuffler directement de l'air extérieur dans l'habitat et réitération de l'algorithme par l'étape a, h) si la troisième relation de contrôle de l'étape f est vérifiée, vérification d'une cinquième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : [température de l'air extérieur - température d'un premier conduit d'échangeur situé à une première profondeur] < [température de l'air extérieur - température d'un deuxième conduit d'échangeur situé à une deuxième profondeur, supérieure à la première profondeur], j) si la quatrième relation de contrôle de l'étage g est vérifiée, vérification d'une sixième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : [température de l'air extérieur - température d'un premier conduit d'échangeur situé à une première profondeur] < [température de l'air extérieur - température d'un deuxième conduit d'échangeur situé à une deuxième profondeur, supérieure à la première profondeur], k) si la cinquième relation de contrôle de l'étape h est vérifiée, distribution dans l'habitat de l'air provenant d'un deuxième conduit d'échangeur à la profondeur la plus élevée, m) si la sixième relation de contrôle de l'étape j est vérifiée, distribution dans l'habitat de l'air provenant du deuxième conduit d'échangeur à la profondeur la plus élevée, l) si la cinquième relation de contrôle de l'étape h n'est pas vérifiée, distribution dans l'habitat de l'air provenant d'un premier conduit d'échangeur à la profondeur la plus faible, inférieure à la profondeur, n) si la sixième relation de contrôle de l'étape j n'est pas vérifiée, distribution dans l'habitat de l'air provenant du premier conduit d'échangeur à la profondeur la plus faible.

Le puits climatique et le procédé de contrôle selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de réalisation d'un puits climatique bi-étagé conforme à l'invention, pour un habitat comportant un sous-sol, - la figure 2 est une vue de détails de la zone A de la figure 1, représentant l'élément de prise d'air extérieur, - la figure 3 illustre schématiquement un principe d'enterrement des conduits d'échangeurs air-sol d'un puits climatique bi-étagé conforme à l'invention, - la figure 4 représente schématiquement un deuxième exemple de réalisation d'un puits climatique bi-étagé conforme à l'invention, pour un habitat dépourvu de sous-sol, - la figure 5 illustre un graphique représentant l'évolution annuelle de la température du sol pour un sol non perturbé en fonction du temps t, pour une profondeur du sol de 70 cm et une profondeur du sol de 2 m, - la figure 6 illustre un graphique représentant l'évolution annuelle de la température du sol pour un sol perturbé (à 2 m de profondeur) en fonction du temps t, pour une profondeur du sol de 70 cm et une profondeur du sol de 2 m, - la figure 7 illustre un graphique représentant l'évolution de la température du sol en fonction de la profondeur du sol, pour quatre journées différentes de l'année, avec la présence d'un conduit d'échangeur air-sol situé à 2 m sous la surface du sol, - la figure 8 illustre un graphique représentant l'évolution de la température du sol en fonction du temps, pendant l'hiver, pour une profondeur de 70 cm et une profondeur de 2 m avec présence d'un conduit d'échangeur air-sol, - la figure 9 illustre un graphique représentant l'évolution de la température de l'air en sortie d'un conduit d'échangeur air-sol, en fonction du temps, pour un conduit d'échangeur air-sol de 0,2 m de diamètre situé à 2 m de profondeur sous la surface du sol, pour cinq longueurs possibles du conduit d'échangeur, - la figure 10 illustre un graphique représentant l'évolution de la température de l'air en sortie d'un conduit d'échangeur air-sol, en fonction du temps, pour un conduit d'échangeur air-sol de 0,2 m de diamètre situé à 70 cm de profondeur sous la surface du sol, pour cinq longueurs possibles du conduit d'échangeur, - la figure 11 est un logigramme illustrant la mise en oeuvre d'un procédé de contrôle conforme à l'invention, - la figure 12A illustre, en coupe, une variante de réalisation d'un puits climatique conforme à l'invention dans deux configurations différentes a) et b), - la figure 12B est une vue en coupe selon XII-XII de la configuration b) de la figure 12A, et - la figure 13 illustre, en vue de dessus, une autre réalisation d'un étage échangeur air-sol d'un puits climatique conforme à l'invention.

Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.

De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Il est à noter que les résultats de calcul présentés ci-après, en référence notamment aux graphiques des figures 5 à 10, sont issus d'un modèle élaboré à partir du logiciel Scilab par le biais d'équations connues de la littérature, telles que décrites dans les publications suivantes : « Dimensionnement du puits climatique », Y. Jautard, 2009, Ademe ; « Bilans énergétiques et environnementaux de bâtiments à énergie positive », S. Thiers, 2009, Mines Paris Tech ; « Maîtrise de la salanité du sol », A. Mermoud, Ecole Fédérale de Lausane : Cours de Physique du sol. En particulier, ce modèle repose sur un retraitement de données météorologiques à pas-horaire en un signal sinusoïdal par une transformée de Fourier pour obtenir l'expression de la température extérieure. La température de surface du sol est ensuite déterminée par un bilan de puissance intégrant les phénomènes de conduction, de convection et de rayonnement. Enfin, la température du sol en fonction de la profondeur est déterminée au moyen d'un modèle de massif semi-infini.

En référence à la figure 1, on a représenté de façon schématique un premier exemple de puits climatique 1 bi-étagé conforme à l'invention, pour un habitat 10 comportant un sous-sol 11.

Comme indiqué précédemment, le puits climatique 1 peut être utilisé en tant que puits canadien lorsqu'il permet le chauffage de l'habitat 10 ou en tant que puits provençal lorsqu'il permet le rafraîchissement de l'habitat 10.

Le puits climatique 1 comporte ainsi tout d'abord un élément de prise d'air extérieur 2, se présentant sous la forme d'un conduit s'étendant verticalement depuis le sol S, et comportant une première extrémité 2a ouverte pour la prise d'air extérieur et une deuxième extrémité 2b située au niveau du sol S.

Comme on peut le voir plus en détails sur la figure 2, qui représente la zone A de la figure 1 de manière isolée, l'élément de prise d'air extérieur 2 comporte plus précisément un filtre 5 à particules d'air situé au niveau de la première extrémité 2a ouverte pour la prise d'air extérieur, ainsi qu'une sonde de température 7 pour la mesure de la température de l'air extérieur, et un joint d'étanchéité 6 entourant l'extrémité 3a du conduit de distribution 3 au niveau de la deuxième extrémité 2b au contact du sol S.

Par ailleurs, le puits climatique 1 comporte également un conduit de distribution 3, s'étendant verticalement depuis l'élément de prise d'air extérieur 2 dans le sol S. Plus précisément, ce conduit de distribution 3 comporte une extrémité 3a insérée à l'intérieur de l'élément de prise d'air extérieur 2, hors du sol S, pour recevoir l'air extérieur à distribuer, et une partie principale 3b pour répartir l'air extérieur.

Cette répartition se fait au travers de premier El et deuxième E2 étages échangeurs air-sol débouchant dans le conduit de distribution 3.

Le premier étage échangeur air-sol El comporte un conduit d'échangeur air-sol Cl, s'étendant horizontalement dans le sol S à une première profondeur PI, tandis que le deuxième étage échangeur air-sol E2 comporte un conduit d'échangeur air-sol C2, s'étendant horizontalement dans le sol S à une deuxième profondeur P2.

De façon avantageuse, les première PI et deuxième P2 profondeurs sont différentes, la première profondeur PI étant plus faible que la deuxième profondeur P2. Ceci permet une répartition étagée dans le sol S de l'air extérieur prélevé par l'élément de prise d'air extérieur 2. De façon avantageuse, la première profondeur PI est égale à environ 70 cm, tandis que la deuxième profondeur P2 est égale à environ 2 m.

Par ailleurs, le puits climatique 1 comporte également un conduit d'arrivée d'air insufflé 4 dans lequel débouchent les conduits d'échangeurs air-sol Cl et C2 pour permettre d'insuffler l'air du puits climatique 1 dans l'habitat 10 afin de le réchauffer ou de le refroidir.

Ce conduit d'arrivée d'air insufflé 4 est partiellement enterré, et il comporte une extrémité 4a arrivant à l'intérieur du logement habitable pour insuffler de l'air chaud ou froid.

Par ailleurs, afin de permettre une optimisation de la distribution de l'air du puits climatique 1 dans l'habitat 10, le puits climatique 1 est avantageusement doté de moyens de contrôle de la distribution dans l'habitat 10 de l'air extérieur provenant de l'élément de prise d'air extérieur 2 et circulant au travers des étages échangeurs air-sol El, E2.

Ces moyens de contrôle comportent notamment un système de commande SC situé à l'intérieur de l'habitat 10 et agissant sur des dispositifs de by-pass des conduits d'échangeurs air-sol Cl, C2 sous la forme de vannes automatiques de by-pass VI et V2 respectivement situées sensiblement en aval des premier Cl et deuxième C2 conduits d'échangeurs air-sol, considérant le sens de circulation de l'air extérieur dans le puits climatique 1, comme représenté sur la figure 1. Ces vannes de by-pass VI et V2 sont ainsi alternativement fermées pour permettre la distribution dans l'habitat 10 de l'air extérieur provenant du premier conduit d'échangeur air-sol Cl ou provenant du deuxième conduit d'échangeur air-sol C2. De cette façon, une optimisation du conduit d'échangeur air-sol Cl ou C2 à utiliser est réalisée.

De plus, ces moyens de contrôle peuvent comporter une sonde de température 8, externe à l'habitat 10, reliée au système de commande SC pour contrôler le fonctionnement des vannes de by-pass VI et V2 en fonction de la mesure de la température de l'air extérieur.

Le système de commande SC permet alors de façon avantageuse de contrôler le fonctionnement du puits climatique 1 pour privilégier la circulation de l'air extérieur dans un conduit d'échangeur air-sol plutôt que dans l'autre en fonction notamment de la valeur de paramètres de contrôle, tels que la température de l'air extérieur, la température du sol ou les températures des conduits d'échangeurs air-sol, comme expliqué par la suite dans l'exemple de procédé de contrôle selon l'invention en référence à la figure 11.

Le système de contrôle SC peut alors comporter un boîtier de commande formant une interface pour un utilisateur dans l'habitat 10, relié par exemple à un dispositif de régulation des vannes de by-pass, lui-même relié par exemple à la sonde de température 8.

Il est à noter qu'une importante partie du coût de mise en oeuvre d'un puits climatique provient de l'excavation du terrain. En particulier, il est habituel de préconiser l'installation des puits climatiques à une profondeur située entre 2 m et 2m50 sous la surface du sol S. De ce fait, l'installation d'un conduit d'échangeur air-sol Cl supplémentaire à une profondeur d'environ 70 cm sous la surface du sol S n'impacte pas le coût global du puits climatique, hormis le surcoût lié à ce conduit Cl et à la mise en place des moyens de contrôle.

Par ailleurs, de manière générale, un puits climatique 1 conforme à l'invention doit répondre aux préconisations d'installation usuelles de tels systèmes, ainsi qu'à celles énoncées dans la norme NF EN 1610 relative à la mise en oeuvre et aux essais des branchements et collecteurs d'assainissement.

En particulier, l'extrémité ouverte 2a de l'élément de prise d'air extérieur 2 est située à environ 1 m au-dessus de la surface du sol S, l'élément de prise d'air extérieur 2 reposant préférentiellement sur un socle en béton et étant équipé d'un filtre 5 suffisamment fin pour pouvoir stopper les particules de l'air sans pour autant engendrer trop de perte de charge. Par ailleurs, l'élément de prise d'air extérieur 2 est avantageusement situé en éloignement de toute source de pollution, par exemple du type gaz d'échappement, et présente un diamètre d'environ 30 cm avec présence du joint d'étanchéité 6 autour du conduit de distribution 3.

En outre, les conduits d'échangeurs air-sol Cl, C2 peuvent par exemple être réalisés en TPC, polyéthylène haute densité (PEHD) souple ou rigide, en polychlorure de vinyle (PVC), entre autres. De préférence, les conduits d'échangeurs Cl, C2 sont lisses dans leur partie interne afin d'empêcher toute éventuelle stagnation d'eau due à la condensation. Il est aussi préférable de choisir un matériau ne dégageant pas de polluants toxiques au contact de l'air. De plus, ces conduits d'échangeurs Cl, C2 peuvent préférentiellement résister à un certain niveau d'écrasement. Par exemple, pour un conduit d'échangeur situé à une profondeur comprise entre 0 et 4 m sous la surface du sol S, un conduit de classe 4 (SN4) est suffisant. Une classe d'étanchéité IP68 est adaptée pour limiter tout risque d'infiltration d'eau ou de radon dans le conduit d'échangeur air-sol.

Par ailleurs, afin de traiter un éventuel problème de condensation, les conduits d'échangeurs air-sol Cl, C2 peuvent être disposés avec application d'une pente comprise entre 2 et 3 % afin de récolter de l'eau au point bas. En particulier, si l'habitat 10 possède un sous-sol 11, le point bas est situé dans la partie habitable de l'habitat 10. Si ce n'est pas le cas, un regard peut être installé pour avoir un accès au point bas du puits climatique 1, comme décrit par la suite.

De plus, la ventilation d'un puits climatique 1 selon l'invention, et par exemple la ventilation du conduit d'arrivée d'air insufflé 4, peut être assurée par un ventilateur capable de vaincre une perte de charge maximale d'environ 100 Pa. Le puits climatique 1 peut aussi être couplé à une VMC simple ou double flux.

En outre, comme l'illustre de façon schématique en coupe la figure 3, afin d'éviter tout risque d'affaissement des conduits d'échangeurs air-sol Cl, C2, ceux-ci peuvent être positionnés sur un lit de sable SA compacté d'au moins 10 cm d'épaisseur. Chaque conduit Cl, C2 est ensuite recouvert de 30 à 40 cm de sable SA compacté et arrosé. Enfin, l'ensemble sable SA et conduit Cl ou C2 est recouvert par de la terre végétale TV compactée. Dans ce processus, un compactage optimal est recherché.

Dans la configuration de l'habitat 10 de la figure 1 comprenant un sous-sol 11, les dispositifs de by-pass formés par les vannes de by-pass VI et V2 sont situés dans le sous-sol 11 de l'habitat 10. Il est donc possible d'y accéder depuis le sous-sol 11.

La figure 4 illustre un exemple de réalisation d'un puits climatique 1 conforme à l'invention adapté à un habitat 10 ne comprenant pas de sous-sol. Les éléments communs aux figures 1 et 4 ne sont pas décrits de nouveau.

Ainsi, dans le cas d'un habitat 10 dépourvu de sous-sol, le puis climatique 1 comporte un conduit d'accès 9, au moins partiellement enterré dans le sol S, comprenant une première extrémité 9a située au niveau du sol S formant un accès ou regard d'accès aux dispositifs de by-pass VI et V2 et aux conduits de gestion des condensats COI et C02 associés au conduit d'accès 9, comme représenté sur la figure 4.

Ainsi, le conduit d'accès 9 traverse verticalement les premier Cl et deuxième C2 conduits d'échangeurs aux croisements desquels sont situées les vannes de by-pass VI et V2. Ces vannes de by-pass VI et V2 sont connectées à des premier COI et deuxième C02 conduits d'évacuation de condensats.

Avantageusement, l'absence de sous-sol est alors compensée par la présence du conduit d'accès 9 qui autorise l'accès aux vannes de by-pass VI et V2 et aux conduits COI et C02 d'évacuation de condensats en cas de besoin.

Par ailleurs, comme indiqué précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure et au contexte technique de l'invention, la grande majorité des puits climatiques connus de l'art antérieur sont installés à une profondeur d'environ 2 m afin de capter le signal de température le plus amorti possible.

Par la conception d'un puits climatique 1 multi-étagé utilisant des moyens de contrôle de la distribution de l'air extérieur pour choisir le conduit d'échangeur air-sol Cl, C2 le plus approprié, l'invention permet d'optimiser les performances des puits climatiques selon deux principaux axes, à savoir : l'exploitation de l'énergie sensible du sol par le biais du phénomène d'amortissement mais également, de manière ponctuelle, par le biais du phénomène de déphasage ; la régénération périodique en température du sol.

Ainsi, l'optimisation du puits climatique repose sur l'exploitation de la plus grande différence de température possible entre le sol et l'air extérieur, que ce soit en hiver pour préchauffer l'air ou en été pour le refroidir.

La figure 5 illustre un graphique représentant l'évolution annuelle de la température du sol T°SOi pour un sol S non perturbé (pas de présence de puits climatique), exprimée en degrés Kelvin (K), en fonction du temps t, exprimé en heures (h), pour une profondeur PI du sol de 70 cm et une profondeur P2 du sol de 2 m.

Les deux courbes PI et P2 permettent de conclure qu'au-delà de 2300 h, soit début avril, si des besoins de chauffage persistent, alors un conduit d'échangeur à 70 cm de profondeur devient plus intéressant qu'à une profondeur de 2 m, et ce en raison du déphasage annuel du signal. De la même manière, à partir de début septembre et dans l'éventualité d'un besoin de rafraîchissement, un conduit d'échangeur à 70 cm de profondeur devient plus intéressant qu'à 2 m de profondeur. Néanmoins, cette analyse associée à la figure 5 est basée sur un sol S non perturbé par la présence d'un puits climatique, notamment du conduit d'échangeur air-sol, et donc par un transfert thermique. En réalité, l'installation d'un puits climatique engendre nécessairement une perturbation de la température dans sa périphérie proche. Afin de modéliser l'influence d'un conduit d'échangeur de chaleur sur la température du sol, le principe de superposition décrit dans la publication « A one dimensional transient analytical model for earth-to-air heat exchanger, taking into account condensation phenomena and thermal perturbation from the upper free surface as well as around the burried piped », M. Cucumo, 2008, Heat and Mass Transfer, a été appliqué.

Ainsi, la figure 6 illustre graphiquement l'évolution annuelle de la température du sol T°SOi pour un sol S perturbé (à 2 m de profondeur), exprimée en degrés Kelvin (K), en fonction du temps t, exprimé en heures (h), pour une profondeur PI du sol de 70 cm et une profondeur P2 du sol de 2 m.

La présence d'un conduit d'échangeur de chaleur air-sol à 2 m de profondeur (et pas de conduit d'échangeur à 70 cm de profondeur) explique les discontinuités de la courbe P2. En effet, le transfert de chaleur entre l'air circulant dans le conduit d'échangeur et le sol a inévitablement un impact sur la température du sol. Cet impact est d'autant plus grand que la valeur du coefficient d'échange thermique dans le conduit d'échangeur est élevée.

Dans cette simulation, le conduit d'échangeur a un diamètre de 0,16 m et une longueur de 40 m pour un débit volumique d'air de 75 m3/h, soit une vitesse de 1 m/s, un nombre de Reynolds de 10787 et un coefficient d'échange thermique de 5,62 W/m2.K_1.

Par ailleurs, la figure 7 illustre graphiquement l'évolution de la température du sol T°SOi, exprimée en degrés Kelvin (K), en fonction de la profondeur P du sol, exprimée en centimètres (cm), pour quatre journées différentes de l'année, à savoir le 21 mars (Tl), le 21 juin (T2), le 21 septembre (T3) et le 21 décembre (T4), avec la présence d'un conduit d'échangeur air-sol situé à 2 m sous la surface du sol.

On constate alors la présence d'une zone perturbée ZP par la présence du conduit d'échangeur à 2 m de profondeur. Au-delà de cette zone ZP, le sol n'est pas impacté par le conduit d'échangeur, il « ne voit plus » ce conduit d'échangeur.

La figure 8 illustre graphiquement l'évolution de la température du sol T°SOi, exprimée en degrés Kelvin (K), en fonction du temps, exprimé en heures (h), pendant l'hiver, pour une profondeur PI de 70 cm (sans conduit d'échangeur) et une profondeur P2 de 2m avec présence d'un conduit d'échangeur air-sol.

On constate que ponctuellement, mais néanmoins régulièrement, le potentiel de préchauffage ou de rafraîchissement peut devenir supérieur à une profondeur PI de 70 cm en comparaison avec une profondeur P2 de 2 m, non en raison du phénomène de déphasage mais en raison du phénomène de « perturbation » du sol. Ainsi, les flèches Cl sur la figure 8 représentent les conditions où la profondeur de 70 cm est plus intéressante.

Par conséquent, par le biais des moyens de contrôle d'un puits climatique 1 conforme à l'invention, celle-ci permet avantageusement d'alterner l'alimentation en air extérieur de l'habitat 10 entre un étage échangeur air-sol El de faible profondeur, entre 50 et 100 cm, typiquement 70 cm, et un étage échangeur air-sol E2 de profondeur élevée, typiquement 2 m. De la sorte, il est non seulement possible d'exploiter un différentiel de température entre l'air extérieur et le sol le plus important possible mais également de permettre à la température du sol de se régénérer lorsque l'étage échangeur El ou E2 n'est plus alimenté.

On va maintenant décrire, en référence aux figures 9, 10 et 11, un exemple plus détaillé de mise en œuvre d'un puits climatique 1 conforme à l'invention et d'un procédé de contrôle conforme à l'invention.

On considère ainsi un habitat 10 de 120 m2 répondant aux normes RT 2012, et un débit d'air de renouvellement de 150 m3/h, soit environ 0,5 vol/h. Les règles de l'art pour le dimensionnement d'un puits climatique préconisent alors un diamètre de l'ordre de 0,16 à 0,25 m pour un conduit d'échangeur air-sol, une vitesse de circulation de l'air de 1 à 2 m/s et un temps de séjour d'au moins 20 s pour avoir une élévation de température suffisante.

En ce qui concerne la longueur de conduit d'échangeur air-sol, il est possible de déterminer une dimension optimale, correspondant à une température de sortie de l'air égale à la température du sol autour de l'échangeur, permettant d'exploiter tout le potentiel du sol sans pour autant avoir une longueur surdimensionnée. Ainsi, la figure 9 illustre un graphique représentant l'évolution de la température de l'air T°air en sortie d'un conduit d'échangeur air-sol, exprimée en degrés Kelvin (K), en fonction du temps (500 premières heures de l'année), exprimé en heures (h), pour un conduit d'échangeur air-sol de 0,2 m de diamètre situé à 2 m de profondeur sous la surface du sol, pour cinq longueurs possibles du conduit d'échangeur, à savoir 10 m (Ll), 20 m (L2), 30 m (L3), 40 m (L4) et 50 m (L5), avec un débit d'air de 150 m3/h. De plus, la figure 10 illustre le même type de graphique mais avec le conduit d'échangeur air-sol situé à 70 cm sous la surface du sol.

On constate alors que pour le conduit d'échangeur situé à 2 m de profondeur, à savoir le conduit d'échangeur C2, les températures plafonnent à partir de 40 m pour la longueur L2 du conduit d'échangeur C2 (voir la figure 1). Pour le conduit d'échangeur Cl situé à 70 cm, les températures plafonnent plus rapidement et on peut envisager un conduit d'échangeur Cl de longueur Ll inférieure à celui situé à 2 m de profondeur.

Ainsi, il peut être possible de déterminer les paramètres principaux de dimensionnement préférentiels pour les conduits d'échangeur air-sol Cl et C2 d'un puits climatique 1 bi-étagé conforme à l'invention, indiqués dans le tableau ci-après.

Il est à noter que les dimensions indiquées dans le tableau ci-dessus sont propres à un type d'habitat bien précis, et qu'elles sont bien entendu susceptibles de varier en fonction du volume de l'habitat.

Par ailleurs, afin de déterminer dans quel conduit d'échangeur air-sol Cl ou C2 du puits climatique 1 bi-étagé l'air insufflé dans l'habitat 10 doit circuler, il peut être mis en œuvre le procédé de contrôle conforme à l'invention par le biais de l'algorithme de fonctionnement répondant au logigramme présenté à la figure 11 et décrit ci-après.

Le principe du procédé présenté par ce logigramme repose sur les mesures de température suivantes : la température de l'air extérieur T°air ext, la température du sol T°SOi en périphérie des deux conduits d'échangeurs Cl, C2, la température T°ci du conduit d'échangeur Cl et la température T°c2 du conduit d'échangeur C2.

En fonction de ces températures, le procédé détermine dans un premier temps la nécessité ou non de faire circuler l'air extérieur dans le puits climatique 1. Ensuite, le procédé décide dans quel conduit d'échangeur air-sol Cl ou C2 l'air extérieur va être dirigé.

Plus précisément, au cours de l'étape a, une mesure de la température T°airext de l'air extérieur est effectuée. Puis au cours de l'étape b, on vérifie la véracité ou non de l'équation suivante : 19°C < T°airext < 25°C.

Si l'équation de l'étape b est vérifiée, alors un by-pass du puits climatique 1 est réalisé en étape c, de sorte à insuffler directement l'air extérieur dans l'habitat 10.

Si l'équation de l'étape b n'est pas vérifiée, alors l'étape d consiste à mesurer la température du sol T°SOi en périphérie des deux conduits d'échangeurs air-sol Cl, C2 du puits climatique 1.

Alors, au cours de l'étape e, on vérifie la véracité ou non de l'équation suivante : T°SOi > T°airext. Cette étape correspond au test du sens du flux de chaleur.

Alors, si l'équation de l'étape e est vérifiée, on vérifie la véracité de l'équation de l'étape f suivante : 19°C > T°airext. Cette étape f correspond à la vérification du mode chauffage.

En revanche, si l'équation de l'étape e n'est pas valable, on vérifie la véracité de l'équation de l'étape g suivante : 25°C < T°air ext. Cette étape g correspond à la vérification du mode rafraîchissement.

En cas de vérification de l'équation de l'étape f, on s'interroge sur l'équation de l'étape h suivante : (T°airext -T°Ci) < (T°airext -T°C2).

En cas de non vérification de l'équation de l'étape f, on arrive à l'étape i correspondant à la mise en place d'un by-pass du puits climatique 1 pour insuffler directement l'air extérieur dans l'habitat 10. L'étape i est donc analogue à l'étape c.

Par ailleurs, en cas de vérification de l'équation de l'étape g, on s'interroge sur l'équation de l'étape j suivante : (T°airext - T°ci) < (T°airext - T°c2). Cette étape j est analogue à l'étape h.

En cas de non vérification de l'équation de l'étape g, on arrive donc à l'étape i correspondant à la mise en place d'un by-pass du puits climatique 1 pour insuffler directement l'air extérieur dans l'habitat 10.

Enfin, lorsque les équations des étapes h et j se vérifient, les étapes k et m consistent alors à permettre l'alimentation du conduit d'échangeur C2 le plus profond. Ainsi, l'air extérieur circule dans le conduit d'échangeur C2 avant d'arriver dans l'habitat 10. A l'inverse, lorsque les équations des étapes h et j ne sont pas valides, les étapes I et n consistent alors à permettre l'alimentation du conduit d'échangeur Cl le moins profond de sorte que l'air extérieur circule dans le conduit d'échangeur Cl avant d'arriver dans l'habitat 10.

Un tel procédé conforme à l'invention permet de répondre à plusieurs problématiques, à savoir : l'inversion ponctuelle du sens du flux de chaleur, par exemple lorsque, durant les journées d'hiver très ensoleillées, la température de l'air extérieur peut devenir supérieure à celle du sol quel que soit le conduit d'échangeur considéré ; le fait que, durant les intersaisons et en raison des phénomènes de déphasage, le conduit d'échangeur de surface Cl est de manière générale plus performant que celui C2 situé en profondeur; le fait que ponctuellement, durant la saison hivernale ou estivale, du fait de l'impact du transfert thermique sur la température du sol, une interversion du conduit d'échangeur de chaleur alimenté permet au sol en périphérie du conduit d'échangeur de se régénérer, de « se recharger ».

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

En particulier, dans la mise en œuvre du procédé de contrôle conforme à l'invention tel que décrit en référence à la figure 11, une simplification des mesures de température peut être effectuée en ne conservant que la température de l'air extérieur T°air ext. En effet, en établissant au préalable à l'installation du puits climatique 1 une étude thermique du sol S et notamment une étude de sa diffusivité thermique, il est possible d'envisager un procédé de contrôle sans mesure de température in situ. Un modèle thermique basé sur le principe connu du massif semi-infini et intégrant le phénomène de pulsation journalière, annuelle, ainsi que l'influence du conduit d'échangeur sur la température du sol, peut être utilisé pour n'avoir que la température de l'air extérieur à déterminer.

Par ailleurs, la figure 12A illustre, en coupe, une variante de réalisation d'un puits climatique 1 conforme à l'invention dans deux configurations différentes a) et b), comportant des moyens de contrôle de la distribution dans l'habitat 10 de l'air extérieur qui comprennent un système de sélection G, ici sous la forme d'un système de glissière G, situé à l'intérieur du conduit de distribution 3 configuré pour autoriser ou non la circulation de l'air extérieur au travers du premier conduit d'échangeur air-sol Cl et du deuxième conduit d'échangeur air-sol C2.

La figure 12B est une vue en coupe selon XII-XII de la configuration b) de la figure 12A. Comme on peut le voir sur les figures 12A et 12B, le système de glissière G se présente sous la forme d'un conduit interne au conduit de distribution 3, comprenant une première ouverture 01 autorisant la circulation de l'air extérieur depuis le conduit de distribution 3 vers le premier conduit d'échangeur air-sol Cl lorsque cette première ouverture 01 est en vis-à-vis du premier conduit d'échangeur air-sol Cl, et comprenant une deuxième ouverture 02 autorisant la circulation de l'air extérieur depuis le conduit de distribution 3 vers le deuxième conduit d'échangeur air-sol C2 lorsque cette deuxième ouverture 02 est en vis-à-vis du deuxième conduit d'échangeur air-sol C2.

Pour ce faire, le système de glissière G est configuré pour être entraîné en rotation selon R par le biais des moyens de contrôle à l'intérieur du conduit de distribution 3 autour de l'axe principal vertical du conduit de distribution 3 de sorte que, soit la paroi externe PG du système de glissière G est en vis-à-vis du premier conduit d'échangeur Cl ou du deuxième conduit d'échangeur C2, soit la première ouverture 01 formée dans la paroi externe PG est en vis-à-vis du premier conduit d'échangeur Cl ou la deuxième ouverture 02 formée dans la paroi externe PG est en vis-à-vis du deuxième conduit d'échangeur C2.

Ainsi, plus précisément dans la configuration a) de la figure 12A, le système de glissière G a été entraîné en rotation par les moyens de contrôle de sorte que la paroi externe PG soit en vis-à-vis du premier conduit d'échangeur Cl et de sorte que la deuxième ouverture 02 soit en vis-à-vis du deuxième conduit d'échangeur C2. De cette façon, la circulation de l'air extérieur est permise au travers du conduit de distribution 3 jusque dans le deuxième conduit d'échangeur C2 (flèches F sur la configuration a) de la figure 12A).

En revanche, dans la configuration b) de la figure 12A, le système de glissière G a été entraîné en rotation par les moyens de contrôle de sorte que la paroi externe PG soit en vis-à-vis du deuxième conduit d'échangeur C2 et de sorte que la première ouverture 01 soit en vis-à-vis du premier conduit d'échangeur Cl. De cette façon, la circulation de l'air extérieur est permise au travers du conduit de distribution 3 jusque dans le premier conduit d'échangeur Cl (flèches F sur la configuration b) de la figure 12A).

Ainsi, grâce à ce principe du système de glissière G, le by-pass d'un conduit d'échangeur Cl ou C2 peut être réalisé un bouchage alternatif des conduits d'échangeur Cl, C2 au sein du conduit de distribution 3.

Par ailleurs, la figure 13 illustre, en vue de dessus, une autre réalisation d'un étage échangeur air-sol El d'un puits climatique 1 conforme à l'invention. Dans cette variante de réalisation, on envisage que l'étage échangeur air-sol El puisse comporter un nombre N de conduits d'échangeurs air-sol Cl, C2,..., CN-1, CN, disposés horizontalement et parallèlement les uns par rapport aux autres.

Ainsi, en cas de besoin d'un important débit en air extérieur par exemple, la multiplication du nombre de premiers conduits d'échangeurs Cl, ..., CN est une solution efficace pour y répondre. Bien entendu, cette multiplication du nombre de conduits d'échangeurs air-sol peut être réalisée à tout ou partie des étages échangeurs du puits climatique 1, et notamment à chaque étage échangeur. Alors, le conduit de distribution 3 peut être adapté et dimensionné en conséquence pour éviter tout phénomène de mauvaise distribution.

En outre, il est à noter qu'un puits climatique 1 conforme à l'invention peut donc comporter une pluralité d'étages échangeurs, de sorte à permettre une exploitation optimale de la ressource en énergie sensible du sol, en fonction des profondeurs de localisation choisies des étages échangeurs. Ainsi, pour chaque étage échangeur supplémentaire, au moins un conduit d'échangeur air-sol sera prévu et les moyens de contrôle seront adaptés en conséquence, de même que le procédé de contrôle conforme à l'invention.

Par conséquent, l'invention permet de façon avantageuse de maximiser les performances d'un puits climatique multi-étagé en dirigeant l'air extérieur vers l'étage échangeur le plus approprié par le biais d'un contrôle de la distribution de cet air extérieur en direction d'un habitat.

Claims

REVENDICATIONS

1. Puits climatique (1) multi-étagé pour le chauffage et/ou le rafraîchissement d'un habitat (10), caractérisé en ce qu'il comporte : - un élément de prise d'air extérieur (2), comportant une première extrémité (2a) ouverte pour la prise d'air extérieur et une deuxième extrémité (2b) située au niveau du sol (S), - une pluralité d'étages échangeurs air-sol (El, E2), au moins partiellement enterrés dans le sol (S) et recevant l'air extérieur provenant de la deuxième extrémité (2b) de l'élément de prise d'air extérieur (2), chaque étage échangeur (El, E2) comportant au moins un conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2) disposé à une profondeur (PI, P2) dans le sol (S) différente pour chaque étage échangeur (El, E2), - un élément d'arrivée d'air insufflé (4) provenant d'au moins un conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2), relié aux étages échangeurs air-sol (El, E2) et comportant une extrémité de sortie d'air insufflé (4a) dans l'habitat (10) pour son chauffage et/ou son rafraîchissement, - des moyens de contrôle de la distribution dans l'habitat (10) de l'air extérieur provenant de l'élément de prise d'air extérieur (2), configurés pour effectuer une distribution sélective dans l'habitat (10) de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2) par le biais d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2).
2. Puits climatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comportent des dispositifs de by-pass (VI, V2) associés respectivement aux conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2), chaque dispositif de by-pass (VI, V2) permettant d'empêcher ou d'autoriser la distribution d'air provenant du conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2) auquel il est associé.
3. Puits climatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dispositifs de by-pass comportent des vannes automatiques de by-pass (VI, V2) situées respectivement dans les conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2) et/ou en aval des conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2).
4. Puits climatique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comportent un système de commande (SC), destiné notamment à être accessible dans l'habitat (10), apte à commander le fonctionnement des dispositifs de by-pass (VI, V2) à partir d'un ou plusieurs paramètres de contrôle, et notamment en fonction de la valeur de la température de l'air extérieur donnée par une sonde de température (8), par exemple externe à l'habitat (10).
5. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de ventilation de l'air circulant à l'intérieur de l'élément d'arrivée d'air insufflé (4) à destination de l'habitat (10).
6. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est du type bi-étagé, comportant un premier étage échangeur air-sol (El) et un deuxième étage échangeur air-sol (E2), le premier étage échangeur (El) comportant au moins un premier conduit d'échangeur air-sol (Cl) disposé à une première profondeur (PI) dans le sol (S) et le deuxième étage échangeur (E2) comportant au moins un deuxième conduit d'échangeur air-sol (C2) disposé à une deuxième profondeur (P2) dans le sol (S), les première (PI) et deuxième (P2) profondeurs étant différentes.
7. Puits climatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première profondeur (PI) est comprise entre 50 cm et 1 m, étant notamment égale à environ 70 cm, et en ce que la deuxième profondeur (P2) est supérieure ou égale à 2 m, étant notamment égale à environ 2 m.
8. Puits climatique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le ou les premiers conduits d'échangeurs air-sol (Cl) du premier étage échangeur air-sol (El) présentent une première longueur (Ll) différente de la deuxième longueur (L2) du ou des deuxièmes conduits d'échangeurs air-sol (C2) du deuxième étage échangeur air-sol (E2).
9. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tout ou partie des étages échangeurs air-sol (El, E2) comporte chacun une pluralité de conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2, ..., CN-1, CN) disposés de façon sensiblement parallèle les uns par rapport aux autres.
10. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un conduit de distribution (3), au moins partiellement enterré dans le sol (S) et relié à la deuxième extrémité (2b) de l'élément de prise d'air extérieur (2), la pluralité d'étages échangeurs air-sol (El, E2) étant reliée au conduit de distribution (3).
11. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément d'arrivée d'air insufflé (4) comporte un conduit d'arrivée d'air insufflé (4), notamment au moins partiellement enterré dans le sol (S), dans lequel débouchent les conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2).
12. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de prise d'air extérieur (2) comporte un filtre (5) à particules d'air situé au niveau de la première extrémité (2a) ouverte pour la prise d'air extérieur.
13. Puis climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de prise d'air extérieur (2) comporte un joint d'étanchéité (6) situé au niveau de la deuxième extrémité (2b) de l'élément de prise d'air extérieur (2), entourant notamment un conduit de distribution (3).
14. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comportent des dispositifs de by-pass (VI, V2) disposés dans ou à proximité de l'élément d'arrivée d'air insufflé (4), le puits climatique (1) étant destiné à un habitat (10) comprenant un sous-sol (11) et l'élément d'arrivée d'air insufflé (4) étant destiné à traverser au moins partiellement le sous-sol (11) de sorte que les dispositifs de by-pass (VI, V2) soient accessibles dans le sous-sol (11).
15. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'accès (9), au moins partiellement enterré dans le sol (S), les moyens de contrôle comportant des dispositifs de by-pass (VI, V2) situés dans le conduit d'accès (9) et respectivement dans les conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2), le conduit d'accès (9) comportant une première extrémité (9a) situé au niveau du sol (S) formant un regard d'accès aux dispositifs de by-pass (VI, V2), le puits climatique (1) étant destiné à un habitat (10) dépourvu de sous-sol de sorte que le conduit d'accès (9) permette l'accès aux dispositifs de by-pass (VI, V2).
16. Puits climatique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte des conduits d'évacuation de condensats (COI, C02) respectivement reliés aux conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2) à l'intérieur du conduit d'accès (9), le conduit d'accès (9) permettant ainsi d'accéder aux conduits d'évacuation de condensats (COI, C02).
17. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comportent un système de sélection (G) d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2), situé notamment à l'intérieur d'un conduit de distribution (3) relié à la deuxième extrémité (2b) de l'élément de prise d'air extérieur (2), configuré pour effectuer une distribution sélective dans l'habitat (10) de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2) par le biais d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2).
18. Puits climatique selon la revendication 17, caractérisé en ce que le système de sélection est un système de glissière (G) comportant une paroi externe (PG) munie d'une pluralité d'ouvertures (01, 02), chaque ouverture (01, 02) étant associée à au moins un conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2) d'un étage échangeur air-sol (El, E2), le système de glissière (G) étant apte à être entraîné en rotation de sorte à permettre à chaque ouverture (01, 02) d'être alternativement en vis-à-vis dudit au moins un conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2) de l'étage échangeur air-sol (El, E2) associé à cette ouverture (01, 02) pour autoriser la circulation d'air extérieur dans ledit au moins un conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2) de l'étage échangeur air-sol (El, E2) associé, la présence ou non d'une ouverture donnée (01, 02) en vis-à-vis du conduit d'échangeur air-sol (Cl, C2) associé permettant de former un by-pass.
19. Puits climatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tout ou partie des étages échangeurs air-sol (El, E2) comporte chacun un nombre multiple (N) de conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2,..., CN-1, CN), notamment disposés de façon sensiblement parallèle les uns par rapport aux autres.
20. Procédé de contrôle de la distribution dans un habitat (10) d'air extérieur prélevé par un puits climatique (1) multi-étagé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de distribution sélective dans l'habitat (10) de l'air provenant des conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2) du puits climatique (1) par la réalisation d'un by-pass d'un ou plusieurs conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2).
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le fonctionnement du by-pass est commandé par le biais d'un algorithme de commande de la distribution sélective, tenant compte d'un ou plusieurs paramètres de contrôle, tels que la température de l'air extérieur, la température du sol et/ou la ou les températures des conduits d'échangeurs air-sol.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'algorithme de commande met en oeuvre les étapes suivantes : a) mesure de la température (T°airext) de l'air extérieur à l'habitat (10), b) vérification d'une première relation de contrôle, notamment de la relation suivante : 19°C < température de l'air extérieur (T°airext) < 25°C, c) si la première relation de contrôle de l'étape b est vérifiée, réalisation d'un by-pass du puits climatique (1) pour insuffler directement de l'air extérieur dans l'habitat (10) et réitération de l'algorithme par l'étape a, d) si la première relation de contrôle de l'étape b n'est pas vérifiée, mesure de la température du sol (T°SOi) en périphérie des conduits d'échangeurs air-sol (Cl, C2), e) vérification d'une deuxième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : température du sol (T°SOi) > température de l'air extérieur (T°airext), f) si la deuxième relation de contrôle de l'étape e est vérifiée, vérification d'une troisième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : 19°C > température de l'air extérieur (T°airext), g) si la deuxième relation de contrôle de l'étape e n'est pas vérifiée, vérification d'une quatrième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : 25°C < température de l'air extérieur (T°airext), i) si la troisième et/ou la quatrième relations de contrôle respectivement des étapes f et g ne sont pas vérifiées, réalisation d'un by-pass du puits climatique (1) pour insuffler directement de l'air extérieur dans l'habitat (10) et réitération de l'algorithme par l'étape a, h) si la troisième relation de contrôle de l'étape f est vérifiée, vérification d'une cinquième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : [température de l'air extérieur (T°air ext) - température (T°ci) d'un premier conduit d'échangeur (Cl) situé à une première profondeur (PI)] < [température de l'air extérieur (T°air ext) - température (T°c2) d'un deuxième conduit d'échangeur (C2) situé à une deuxième profondeur (P2), supérieure à la première profondeur (PI)], j) si la quatrième relation de contrôle de l'étage g est vérifiée, vérification d'une sixième relation de contrôle, notamment de la relation suivante : [température de l'air extérieur (T°air ext) - température (T°ci) d'un premier conduit d'échangeur (Cl) situé à une première profondeur (PI)] < [température de l'air extérieur (T°air ext) - température (T°c2) d'un deuxième conduit d'échangeur (C2) situé à une deuxième profondeur (P2), supérieure à la première profondeur (PI)], k) si la cinquième relation de contrôle de l'étape h est vérifiée, distribution dans l'habitat (10) de l'air provenant d'un deuxième conduit d'échangeur (C2) à la profondeur (P2) la plus élevée, m) si la sixième relation de contrôle de l'étape j est vérifiée, distribution dans l'habitat (10) de l'air provenant du deuxième conduit d'échangeur (C2) à la profondeur (P2) la plus élevée, l) si la cinquième relation de contrôle de l'étape h n'est pas vérifiée, distribution dans l'habitat (10) de l'air provenant d'un premier conduit d'échangeur (Cl) à la profondeur (PI) la plus faible, inférieure à la profondeur (P2), n) si la sixième relation de contrôle de l'étape j n'est pas vérifiée, distribution dans l'habitat (10) de l'air provenant du premier conduit d'échangeur (Cl) à la profondeur (PI) la plus faible.