Brevet FR2334060A1 — publié le 19770701

L'invention conceme un procédé de chauffage de constructions, y compris les habitations, au moyen d'air chaud qui est amené par des conduites dans les pièces. Le système susdit pour le chauffage d'habitations est connu en tant que chauffage å air chaud' et utilisé comme tel à une assez large échelle. Pour les habitations de construction classique, normalement isolées et munies d'un vitrage simple, ce système de chauffage répond à l'attente quand l'air chaud est introduit sous les fenêtres en une quantité qui, par heure, s'élève à 4 - 5 fois le contenu de l'habitation. A cet effet, la majeure partie de l'air chaud amené est recyclée par des conduites d'évacuation et/ou des orifices, aménagés dans les parois ou dans les portes, vers le chauffe-air. Une partie de l'air est amenée soit volontairement soit involontairement du dehors en vue de rafraîchir l'air de l'habitation et plus particuliere- ment de compléter l'évacuation fixée par la loi de l'air de la cuisine, du cabinet de toilette et de la pièce sanitaire. Par pièce sanitaire on entend ici la salle de bain, la cabine de douches, la buanderie et pareilles. En général, il est nécessaire derenouveler l'air une fois par heure pour assurer que l'habitation soit exempte d'odeur. L'introduction de la quantité d'air chaud relativement grande nécessite l'emploi de conduites assez longues ayant un diamètre assez élevé; le plus souvent, l'évacuation nécessite également l'emploi de conduites ayant ces dimensions. Une bonne répartition de l'air chaud sur les pièces exige un choix attentif de la place et des formes exactes des orifices d'entrée et d'évacuation. La quantité d'air déplacée étant relativement grande, une température de l'air chaud jusqu'a 60 C seulement est admissible pour être agréable. En vue de l'économiser de l'énergie le problème se pose de mettre au point un procédé de chauffage de constructions, y compris d'habitations au moyen d'air chaud qui est amené par des conduites, selon lequel la quantité d'énergie de chauffage a utiliser peut être considérablement inférieure à celle appliquée jusqu'ici - ceci en améliorant la climatisation - tout en évitant une augmentation des frais de construction totaux de l'habitation. Conformément à la présente invention, ceci s'obtient grâce à une combinaison de mesures menues en soi qui entrainent une augmentation des frais d'une part,mais permettent l'emploi d'un système de chauffage simple et par là bon marché d'autre part.Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'on applique la combinaison des mesures suivantes a. isolation des parois extérieures de l'habitation, avec une valeur d'isolation, m2.s.K des parois extérieures d'au moins 1,8 m Js-K alors que celle du vitrage est d'au moins 0,3 + (exprimée en unités S.I.); b. réduction à des limites normalement réalisables de l'entrée non contrôlée d'air atmosphérique sous l'influence de la pression du vent, pendant le chauffage; c. aspiration, depuis l'air atmosphérique, d'une quantité d'air de chauffage par heure qui est entre 150 m3 et environ le contenu de l'habitation. d. une quantité d'air chauffé de moins de 60 m3 par kWh d'énergie thermique; e. insufflation de l'air de chauffage dans les pièces à des endroits architec toniquement convenables, pas au-dessus de la mi-hauteur d'une pièce. f. détermination de la place du chauffe-air et des orifices de sortie dans l'habi tation de façon telle que la longueur totale de l'ensemble des conduites à air chaud soit aussi petite que possible. Alors, on admet que la surface du vitrage s'approche dans la mesure du possible du minimum fixé par la loi pour les pièces séparées. Préférablement on ne chauffe pas plus que 45 m3 d'air par kWh; alors, la recirculation d'air est presque completement exclue. Préférablement chaque pièce est raccordée au chauffe-air par une conduite directe séparée. La meilleure isolation de l'habitation entraine une augmentation du prix de revient; le simple système de chauffage, par contre, est considérablement meilleur marché que le système usuel en sorte que les frais de construction totaux de llhabitation restent à peu près les mêmes. L'avantage de la faible consommation d'énergie, réduite à 1 tiers, se présente pourtant chaque année. L'invention concerne aussi un dispositif pour le chauffage de constructions, en particulier d'habitations dont les parois extérieures ont une valeur d'isolation d'au moins 1,8 m2.s.K alors que celle du vitrage est d'au moins 0,3 K alors que l'entrée de l'air atmosphérique sous l'influence du vent peut être réduite à des limites pratiquement réalisables, le dispositif comprenant au moins un appareil de chauffe-air avec des conduites pour amener l'air chaud aux pièces et pour amener l'air fraîche au chauffe-air et un ventilateur pour déplacer l'air. Le dispositif est caracterisé en ce que l'appareil de chauffe-air ne chauffe plus que 60 m3 d'air par kWh; de préférence, 3 moins qu'environ 45 m3/kWh.De préférence, l'appareil de chauffe-air est di o mensionné tellement que l'air déplacé peut être chauffé jusqu'a 70 C au minimum en cas d'une température extérieure de - 10 OC. De même, il est préférable de raccorder les orifices d'entrée d'air de chaque pièce au chauffe-air par une conduite directe séparée. Parce- que les conduites peuvent avoir une section petite et, de plus, être courtes, alors que les orifices d'entrée d'air peuvent être choisis à des endroits architectoniquement optimales, il n'y a pas d'objection de connecter chaque pièce séparément au chauffe-air. Ceci offre le grand avantage, que la transmission de sons par la voie des conduites est évitée;le petit ventilateur cause peu de bruit. Le système fonctionne le mieux, si la quantité totale d'air amené, aussi bien que la quantité par pièce, reste a peu près constante. Pour rendre possible un réglage de la température par pièce sans dérégler le système de chauffage1 préférablement le dispositif est construit tellement, que, parallèles aux conduites d'air chauffé il y a des conduites d'air froid. Les orifices d'entrée des deux conduites sont, en ce cas, pourvus d'un régulateur, qui effectue que la quantité totale d'air chaud et froid reste à peu près constante, indépendamment de leur proportion. Le régulateur peut être une vanne ou une valve. Les avantages du présent procédé et dispositif sont les suivants: 1. les parois et en particulier les fenêtres étant bien isolées en sorte qu'un courant d'air inutile soit évité, il n'est pas nécessaire d'insuffler l'air chaud sous les fenêtres dans les pièces; 2. la quantité d'air chaud qui est insufflée dans les pièces étant faible par rapport à celle utilisée normalement, cet air ne gêne pas les personnes se trouvant dans les pièces. Ainsi l'endroit des orifices d'entrée n'est pas critique. Aussi, on les place à des endroits architectoniquement optimales; 3. la quantité d'air à chauffer étant faible, un petit chauffe-air-suffit et les possibilités de placement de celui-ci sont peu limitées.L'appareil peut être logé, par exemple, dans la partie supérieure d'une armoire; 4. comme, selon le point 2, la place des orifices de sortie est presque arbi traire, que les quantités d'air à transporter par les conduites sont faibles et que, selon le point 3, les possibilités de placement du chauffe-air sont peu limitées, le chauffe-air peu être monté de façon que la longueur totale des conduites soit minimale; 5. les courtes conduites qui transportent une quantité d'air relativement faible peuvent avoir un petit diamètre sans qu'il se produise des pertes d'énergie considérables.Pour cette raison, elles peuvent être incorporées déjà au préalable dans les planchers préfabriques ou dans les parois intermédiaires; 6. la quantité d'air à chauffer n'est pas plus grande que celle qui est nécessaire à renouveler l'air dans l'habitation une fois par heure. De plus, cette quantité suffit pour la ventilation exigée par la loi de la cuisine, du cabinet de toilette et de la pièce sanitaire. Le recyclage est donc inutile; 7. les températures des parois (y compris celles du vitrage, du toit et des plan chers) sont plus élevées en sorte que la température dans les pièces peut être plus basse; ceci entraide une économie d'énergie supplémentaire; 8. la climatisation d'une habitation est considérablement améliorée par suite de la faible différence entre la température des parois et celle régnant dans les pièces. En outre, les quantités d'air et les vitesses sont aussi faibles que possible, la température étant optimale en sorte qu' on ne soit pas in commodé par un courant d'air. Le plus grand sentiment de confort s'obtient quand les orifices de sortie se trouvent à faible hauteur au-dessus du plancher; 9. le système, selon lequel l'air est aspiré presque seulement du dehors et la pénétration de l'air sous l'influence de la pression du vent est empêchée grâce à une bonne étancheité, occasionne une surpression dans l'habitation, chose qui constitue une suppression supplémentaire du courant d'air; de plus, le risque de dispersion d'odeurs est supprimé; 10. un réglage très simple de la température par pièce est possible sans risquer de dérégler le système; 11. la quantité d'air déplacé par le ventilateur étant petite, celui-ci ne cause pas de bruit gênant; 12. les conduites étant raccordées directement au chauffe-air, il ne produit pas de 'diaphonie' gênante; 13. grâce à l'adduction presque exclusive d'air du dehors, le système est appro prié a un refroidissement pendant la nuit lors des jours chauds de 11 été. En général, on peut dire que le procédé et le dispositif selon l'invention comportent, contre des frais d'isolation plus élevés, des frais plus bas de l'appareil de chauffage en sorte que les frais de construction totaux d'une habitation ne soient pas augmentés alors qu'on obtient une économie d'énergie permanente et une amélioration du sentiment de confort. Ce résultat ne s'obtient que par une combinaison d'un certain nombre de mesures connues. Grâce a sa simplicité, le procédé est particulièrement approprié à l'application dans les habitations fabriquées à l'échelle industrielle. Les conduites d'air peuvent être aménagées au préalable dans les éléments de construction, le cas échéant de manière telle que les conduites des éléments successifs soient en communication l'un avec l'autre. L'invention sera expliquée à l'aide d'un dessin et de chiffres relatifs à une habitation pilote fabriquée à I'échelle industrielle (type 'habitation loyer modéré b toiture-terrasse ,contenu 250 m3), étant isolée suivant la méthode et les valeurs reproduites à la description et étant chauffée selon le procédé, et àPaide du dispositif de l'invention. Les mêmes renseignements sont reproduits sur une habitation classique correspondante datant de 1973, qui est munie d'un vitrage simple et dont les parois ne sont pas isolées d'une manière spéciale (murs creux sans isolation supplémentaire). Le dessin représente deux graphiques. Sur l'axe horizontale du graphique, on a pointé la température de l'air atmosphérique en C; sur l'axe vertical le besoin de chaleur en kW. La figure 1 est relative à l'habitation pilote chauffée selon le procédé de l'invention à une température de l'air intérieur de 20 OC. La courbe indique le besoin de chaleur sans aspiration d'air atmosphérique. Les courbes 2, 3 et 4 indiquent les besoins de chaleur dans les cas où 100, 250 respectivement 400 m3 d'air sont aspirés par heure, exclusivement du dehors. La courbe 5 indique la quantité de kW qui, à une température de l'air de chauffage de 60 OC en cas d'un renouvellement de l'air par heure, doit être introduite dans l'habitation. Comme nous venons de le dire, cette valeur de 60 C n'est pas limitée parce que les quantités d'air déplacées dans l'habitation sont petites et que la distribution de l'air dans les pièces est par la extrêmement bonne en sorte que cette température élevée ne gêne pas. Ladite température peut avoir une valeur de 70 OC et même plus.Le graphique montre qu'en aspirant 250 m d'air par heure, cela veut dire en cas d'un seul renouvellement de l'air dans l'habitation, et à une température de l'air de chauffage de 60 OC, on peut largement satisfaire aux besoins de chaleur de l'habitation quand la température de l'air atmosphérique est de -10 OC (point d'intersection des courbes 3 et 5). La quantité d'air nécessaire par kWh est de 150 : 6,25 = 40 m3. Le graphique de la figure Z indique la même chose pour une habitation ayant le même contenu mais étant construite et chauffée de la manière classique, en l'occurence avec une température intérieure de 22 OC en vue de la climatisation. La courbe 6 indique le besoin de chaleur sans aspiration d'air atmosphérique. Les courbes 7, 8, 9 et 10 indiquent les besoins de chaleur en cas- d'aspiration d'air 3 atmosphérique de 100, 250, 400 respectivement 500 m par heure. La courbe 11 indique la capacité de chaleur en kW qu'on introduit dans l'habitation en cas de chauffage de 250 m d'air par heur jusqu'a 60 C. Le graphique révèle que cette quantité d'air permet seulement de couvrir les besoins de chaleur jusqu'â une température de l'air atmosphérique d'environ +15 OC. Afin de pouvoir chauffer l'habitation à des températures plus basses de l'air atmosphérique, il faut alors évacuer l'air (p.e. par des conduites) et chauffer celui-ci de nouveau. La courbe 12 indique l'adduction de chaleur avec 250 m d'air frais par heure et 1000 m3 d'air en recyclage par heurte jusqu'a une température de 60 OC. C'est la température maximum admissible à cette quantité d'air.Pour couvrir les besoins de chaleur de l'habitation à une température de -10 C, il faut chauffer 1000 m3 + 250 m3 = 1250 m3 d'air au total par heure 3 jusqu'a 60 C. La quantité d'air nécessaire par kWh est de 1250 : 20 = 62,5 m au minimum. En comparant les graphiques des figures 1 et 2 on constate que, pour une habitation étant chauffée selon le procédé et le système de l'invention à une température de l'air atmosphérique de -10 OC, on a besoin d'une puissance calorifique de 6,25 kW seulement contre 20 kW selon les procédés et systèmes utilisés jusqu'ici. La consommation de chaleur a été réduite donc jusqu'a un tiers environ, CCC sans compter l'énergie qui est nécessaire pour surmonter les pertes de courant supplémentaires. L'invention a pour objet, comme e été posé, de réaliser l'ensemble sans augmentation des frais de construction totaux de l'habitation. Ceci implique aussi que les frais des appareils de chauffage doivent être aussi petits que possible. Normalement, on a besoin dans une habitation d'un appareil pour chauffer l'air et d'un autre pour chauffer l'eau, par exemple pour la douche, le bain et la cuisine. Actuellement, on utilise souvent pour cela une chaudière, c'est-à-dire un appareil dans lequel une certaine quantité d'eau chaude est stockée à une température constante, grâce à des moyens de chauffage appropriés. Grâce à la quantité d'air relativement faible qu'il faut chauffer par heure, le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de se servir d'un appareil intégré bon marché pour le chauffage de l'air et de l'eau qui est chauffé de préférence au gaz mais qui peut être chauffé aussi, le cas échéant, par voie électrique. Par conséquent, l'invention concerne aussi un appareil de chauffage d'air pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et pour l'application dans le présent système de chauffage. Le chauffe-air se caractérise en ce qu'il est construit sous forme de chaudière, muni des moyens connus pour le chauffage et le maintien à température de l'eau, la chemise isolante de cette chaudière étant séparée de l'espace à brûleur et montée autour du corps à eau chaude en faisant quelquesespacesdans lequel l'air froid, qui est amené par une conduite, peut être chauffé jusqu'à la température finale voulue à laquelle l'air chauffé est évacué par une conduite pour être distribué, alors qu'on a prévu des moyens pour dériver, le cas échéant, en amont de l'espace de chauffage, une partir de la quantité à peu près constante de l'air amené respectivement évacué, en fonction de la température intérieure de l'habitation, vers l'air chaud évacué et des moyens pour retirerl'air de combustion de l'air à évacuer de l'habitation. Dans ce qui précède il a été prouvé que, conormément au présent procédé et au dispositif appartenant, la quantité d'air chaud nécessaire peut être faible et avoir une température rela tivement élevée. Conformément à l'invention, ceci permet d'utiliser tout simplement une chaudière en tant que source de chaleur plus ou moins constante pour chauffer la quantité relativement faible de l'air chaud nécessaire. Ceci résulte en un appareil simple dont les frais ne sont que peu plus élevés que ceux d'une chaudière seule. On n'a pas besoin d'utiliser un appareillage plus compliqué pour chauffer l'air à l'aide d'eauX chaude et d'un échangeur de chaleur séparé. Le dessin montre aux figures 3 et 4 deux variations d'un appareil de chauffage selon ltinvention. A la figure 3, la référence i montre le corps à eau chaude d'une chaudière, muni d'un brûleur 2 (l'appareillage d'allumage et du réglage de la température n'ont pas été reproduits). Comme air de combustion on utilise de l'air en provenance de l'espace chauffé et amené par la conduite 3 ; les gaz de fumée sont évacués par la conduite 4. Le cas échéant, l'air à ventiler (du moins une partie du contenu de l'habitation par heure) peut être évacué par les conduites 3 et 4 en passant par le raccord 3'. La quantité d'air de combustion à amener au brûleur peut être réglée, lors du chauffage, à l'aide de la soupape 5. Le brUleur peut être tout brûleur atmosphérique classique. L'adduction pour l'eau froide et l'évacuation pour liteau chaude n'ont pas été reproduites à la figure. L'air à chauffer (environ 1 fois le contenu de l'habita- tion par heure) est amené par la conduite 6 et il baigne la chaudière 1 dans espace de chauffage 7. La chaudière peut être munied'ailettes (pas représentées au dessin). La direction du courant d'air a été indiquée par des flèches. Cet air étant chauffé est évacué par la conduite 8 et puis réparti sur les pièces. Entre la conduite d'adduction 6 et la conduite d'évacuation 8 il y a un raccord 9, qui est muni d'une soupape de réglage 10 permettant de régler la température finale de l'air de chauffage. L'air de chauffage est déplacé à l'aide d'un petit ventilateur 13 qui est placé de préférence dans la conduite 6. En aval du ventilateur dans la conduite 9 il y a un branchement 14 pour l'adduction d'air froid aux pièces. Le ventilateur peut être placé également dans-la conduite 8 ; celui-ci délivre un débit presque constant. Les conduites 4 et 6 peuvent être construites de telle façon qu'elles échangent la chaleur, par exemple sous forme d'une seule ccdmte mè d'uoe clsson. 0usnd oe r\-t;ire une W quantité d'oeu dau que la température de la chaudière baisse et que, par conséquent, le brûleur 2 est allumé, une quantité suffisante de chaleur est ajoutée quand même à l'air à chauffer. L'espace de combustion Il doit être séparé de l'espace de chauffage 7. Cet espace de chauffage 7 est entouré d'une chemise isolante 12. La figure 4 montre, à l'aide des mêmes références, un autre mode de réalisation d'un appareil de chauffage selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, il peut être placé aussi horizontalement alors que le brûleur 2 peut être construit comme brûleur linéaire. Les parties A et C sont de préférence interchangeables. Alors, la hauteur de l'appareil est faible en sorte que l'appareil peut être adapté facilement aux conditions d'incorporation variées. La soupape de réglage 10 peut être commandée de différentes manières, soit directement, par exemple à l'aide d'un bimétal, soit à distance. Il est possible alors d'appliquer un réglage modulant et non modulant. En fonction de la température de l'air atmosphérique, une quantité d'air'non chauffé plus ou moins grande est mélangée avec l'air chauffé, La quantité de chaleur qui est.retirée de la paroi de la chaudière variera donc à une température constante de 11 eau. Cette eau est maintenue à la température-voulue de la manière connue par voie thermostatique, aussi quand de l'eau chaude est consommée. Un calcul vérificatif des frais de construction d'une habitation classique et d'une habitation chauffée selon le procédé de l'invention et munie du présent appareil de chauffage, a montré que les frais de construction sont réellement égaux. RvNDICATIOtVS JJ L1. s 1. Procédé pour le chauffage de constructions, y compris les habitations au moyen d'air chauffé qui est amené par des conduites, caractérisé en ce qu'on applique la combinaison des mesures suivantes a. isolation des parois extérieures de lthabitation, avec2une valeur d'isolation des parois extérieures d'au moins 1,8m .s.K. J alors que celle du vitrage et éventuellement des portes extérieu m209 K res est d'au moins 0,3m (exprimée en unités S.I.) b. réduction à des limites normalement réalisables de l'entrée non contrôlée d'air atmosphérique sous l'influence de la pression du vent, pendant le chauffage c. aspiration, depuis l'air atmosphérique, d'une quantité d'air de chauffage par heure qui est entre 150 m et environ le contenu de l'habitation ; d. une quantité d'air chauffé de moins de 60 m3 par k}M d'énergie thermique ; e. insufflation dans les pièces de l'air de chauffage à des endroits architectoniquement convenables pas au-dessus-de la mihauteur d'une pièce. f. détermination de la place du chauffe-air et des orifices de sortie dans l'habitation de façon telle que la longueur totale de l'ensemble des conduites à air chaud soit aussi petite que possible. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on chauffe moins d'environ 45 m3 d'air par kWh d'énergie ther moque 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on chauffe de l'air jusqu'à 700C au minimum en cas d'une température extérieure de -10 C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on raccorde les orifices d t entrée de chaque pièce au chauffe-air par une conduite directe séparée. 5. Dispositif pour le chauffage de constructions, en particulier d'habitations dont les parois extérieures ont une valeur d'isolation d'au moins 1,8m2.s.K. alors que celle du vi trage est d'au moins 0,3 Js-K- 0,3m2.s.K. J S.I.) alors que (expriméeen unités entrée d'air atmosphérique sous l'influence du vent, peut être réduite à des limites pratiquement réalisables, le dispositif comprenant du moins un appareil de chauffe-air avec des conduites pour amener l'air chaud aux pièces et pour amener l'air frais au chauffe-air et un ventilateur pour déplacer l'air, caractérisé en ce que l'appareil de chauffe-air chauffe moins de 60 m3 d'air par kWh. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appareil de chauffe-air chauffe moins d'environ 45 d'air par kWh. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la capacité de chauffage de l'appareil de chauffe-air est telle, que l'air déplacé peut être chauffé, jus qu's 700C au minimum en cas d'une température extérieure de -100C. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que de chaque pièce les orifices d'entrée d'air sont raccordés au chauffe-air par une conduite directe séparée. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que parallèles aux conduites d'air chauffé il y a des conduites d'air froid et que les orifices d'entrée des deux conduites sont pourvus d'un régulateur, qui maintient la quantité totale d'air chaud et froid à peu près constante, indépendamment de leur proportion. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le régulateur est une vanne ou une valve. 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les conduites d'air sont aménagées au préalable dans les éléments de construction de manière telle que les conduites des éléments successifs soient en communication l'une avec l'autre. 12. Appareil de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et à utiliser dans le dispositif selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que l'appareil est construit sous forme d'une chaudière (1) munie de moyens (2) pour le chauffage et le maintien à température de 11 eau chaude, ainsi que d'une adduction d'eau froide et d'une évacuation d'eau chaude,la chemise isolante (12) de cette chaudière (1) étant séparée de l'espace de combustion (ii) et montée autour du corps à eau chaude en faisant un espace (7) dans lequel l'air froid, amené par une conduite (6) peut être chauffé à la température finale voulue, à laquelle l'air chaud est évacué par la conduite (8) pour être divisé, alors qulil y a des moyens (9,10) pour dériver le cas échéant, en amont de l'espace de chauffage (7) une partie de la quantité à peu près constante de l'air amené respectivement évacué, en fonction de la température inférieure de l'habitation, vers l'air chaud évacué et des moyens (3 et 5) pour retirer l'air de combustion de l'air à évacuer de lthabitation. 13. Appareil de chauffage selon la revendication 12, caractérisé en ce qu il est pourvu d'un branchement (14) de conduite supplémentaire pour l'adduction d'air froid aux pièces. 14. Appareil de chauffage selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la conduite (6) et la conduite d'évacuation de gaz de fumée (4) sont construites de façon à pouvoir échanger de la chaleur. 15. Appareil de chauffage selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les bouts (A et C) à la chaudière soient interchangeables.