Brevet FR2483577A1 — publié le 19811204

La retente invention se rapporte au domaine de chauffage des b ti- ment par rayonnement au moyen de canalisations parcourues par un fluide chaud incorpore dans les éléments de construction du sol ou du plancher. Le chauffage par rayonnement présente par rapport au chauffage par introduction directe d'air dans les locaux l'avantage de réaliser une économie de frais d'exploitation. L'air chaud s'élévant dans les locaux provoque l'établissement d'un gradient de température, de sorte que pour maintenir une température de 200C au niveau du sol, la température des couches d'air sous la toiture doit atteindre environ 50 ou 35 C. La nécessité d'une telle surchauffe explique l'excès de consommation de l'énergie calorifique. L'emploi de panneaux rayonnants constitués par des surfaces chauffées à proximité d-e personnes occupant les locaux permet de r-éduire un tel gaspillage d'énergie. Le chauffage par le sol relève actuellement de techniques consistant à noyer dans la chape de béton soit un serpentin à circulation d'eau chaude soit un câble électrique constituant une résistance chauffante par effet Joule. En ce qui concerne le chauffage des bâtiments industriels, où la charge admise par unité de surface est souvent très importante, les techniques précitées présentent des inconvénients. Une rupture ou un endommagement sous la charge d'une canalisation d'eau chaude ou d'un câble pourrait avoir de graves conséquences. Le sol équipé de cette façon ne peut que difficilement se prêter à des percées pour réalisation de fosses de travail, de passages de conduites ou de trous de fixation de machines. Le but de la présente invention est d'éviter- les inconvénients précités et de réaliser une installation de chauffage du sol par circulation d'air chaud à prix modique et présentant une robustesse voulue. Elle est caractérisée en ce que des éléments de construction du sol ou du plancher présentent des canaux ou des conduits formant deux à deux un circuit pour la circulation d'air chaud et en ce qu'une gaine centrale ae distribution alimentée à l'une de ses extrémités est montée au milieu desdits canaux transversalement par rapport à ceux-ci, laquelle gaine comporte une cloison longitudinale séparant l'intérieur de la gaine en un couloir d'arrivée et un couloir de sortie d'air, les deux couloirs étant munis d'orifices communicant avec les canaux, dans chaque couple de canaux un canal étant en communication au moyen d'un orifice avec le couloir d'arrivée d'air de la gaine et l'autre avec le couloir de sortie d'air. La réalisation de l'installation est économique, car on fait usage des éléments de construction, tels que tôles nervurées qui constituent des éléments de coffrage pour la coulée ultérieure d'une dalle de béton ou des dalles en béton préfabriquées comportant dans leur épaisseur des canaux d'allègement, afin d'aménager des conduits par lesquels s'établit la circulation d'air chaud. L'installation selon l'invention présente l'avantage d'assurer un apport calorifique désiré, régulier et uniformément réparti par des moyens simples indéréglables,. qui ne comportent aucune vanne ou autre dispositif de réglage du débit. L'uniformité de la répartition du flux calorifique résulte notamment du couplage de canaux par rapport à la gaine1 de sorte que deux canaux voisins forment un circuit fermé et la longueur du trajet parcouru par l'air est partout la même sur toute la surface du sol ou -du plancher. La partition de l'air introduit et sa reprise après l'échange thermique s'effectuent au moyen de la gaine qui comporte de préference une cloison longitudinale placée obliquement par rapport à son plan médian divisant le volume de la gaine en deux couloirs d'amenée et de reprise d'air, de sorte que le rapport de sections de débit d'air d'arrivée et desortie soit grand à l'extrémité d'alimentation de la gaine et faibleà l'extrémité opposée. Une telle disposition contribue favorablement à la régularité de l'écoulement et du débit d'air. La gaine peut comporter en outre un couloir délimité par un double fond servant à ramener l'air à sa sortie de canaux vers l'extrémité par laquelle la gaine est alimentée en air chaud. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, un élé ment préassemblé en usine comprend la gaine ou un tronçon de gaine à laquelle sont fixées transversalement des tôles nervurées juxtaposées, dont les nervures forment des canaux transversaux par rapport à l'axe de la gaine,-tandis que, pour couvrir de larges surfaces, d'autres tôles nervurées sont posées avec recouvrement de part et d'autre en prolongation de tôles nervurées dudit élément préassemblé. Lorsque la face concave de tôles est posée à meme le sol ou sur une dalle de fondation et les tôles de coffrage sont lestées d'une chape pesante de béton, l'étanchéité produite est suffisante pour ne nécessiter aucune mise en oeuvre de moyens supplémentaires. L'épaisseur usuelle de la chape préserve les canalisations de tout risque de déterioration ou de déformation par écrasement. Les coudes reliant-deux canaux adjacents peuvent etre réalisés par des caissons placés aux deux extrémités de canaux formés par des nervures. Selon un autre mode de réalisation, les éléments de construction du sol ou du plancher servant de conduites d'air sont constitués par des dalles préfabriquées en bé-ton comportant des canaux d'allègement. De telles dalles sont assemblées par l'introduction des bouts de tubes dans les extrémités de canaux des deux dalles adjacentes et par la coulée de béton à l'endroit de la liaison entre les dalles. La gaine de distribution présente dans ce cas, sur l'une de ses faces, des caissons en communication respectivement avec le couloir d'entrée et le couloir de sortie d'air, chaque caisson portant des embouts de tubes du meme axe faisant saillie de part et d'autre du caisson en direction transversale par rapport à l'axe longitudinal de la gaine, lesdits embouts de tubes s'insérant dans les canaux des deux dalles adjacentes. Les extrémités des deux canaux adjacents de dalles d'extrémité peuvent être raccordées au moyen d'un tube coudé à 1800, p.ex. en matière plastique. D'autres particularités de l'installation selon l'invention apparaitront à la lumière des exemples de réalisation décrits ci-après accompagnés de dessins, dont la figure 1 représente un schéma de circulation d'air la figure 2 une- vue~en perspective d'un élément préassemblé de gaine et de tôles de coffrage la figure 3 une vue en coupe transversale par rapport à la gaine d'une partie de l'installation de chauffage par le sol realisée au moyen de l'élément selon la figure 2 la figure 4 une vue en perspective d'une gaine adaptée pour le raccordement avec des dalles en béton, et la figure 5 une vue en coupe du raccordement dessdeux dalles. L'in*allation de chauffage par le sol réalise une circulation d'air indiquée par les flèches sur le schéma de la figure 1. Une gaine 1 en tôle de section rectangulaire dont le volume est divise en plusieurs couloirs sert de répartiteur d'air d'alimentation et de reprise d'air après échange thermique. Une partition horizontale s'étendant sur toute la longueur de la gaine sépare les couloirs supérieurs 2 et 3 du couloir inférieur 4 destiné à ramener l'air à son point de départ, c.à.d. à l'extrémité d'alimentation de la gaine. Les couloirs supérieurs 2 et 3 sont ménagés dans la partie supérieure de la gaine au moyen d'une cloison 5 placée obliquement par rapport à l'axe longitudinal de la gaine. L'angle de pose de la cloison est calculé de façon à assurer un écoulement d'air équilibré dans les deux couloirs. Transversalement par rapport à la gaine sont placées les tôles nervurées de coffrage 8, dont les nervures forment des canaux de circulation d'air. Deux canaux adjacents forment un circuit fermé, l'un de canaux 9 étant en communication avec le couloir 2 de la gaine au moyen d'un orifice 11, l'autre canal 10 avec le couloir 3 au moyen de l'orifice 12. L'air chaud pénètre par l'extrémité d'alimentation de la-gaine dans le couloir 2, s'introduit par les orifices 11 dans la partie centrale de canaux 9 qu'il parcourt dans les deux sens, puis, grâce aux coudes représentés schématiquement sur la figure 1, pénètre des deux côtés dans les canaux 10, qu'il parcourt en sens opposé au ens de l'écculement dans les canaux 9 et ressort par les orifices 1v pour pénétrer dans le couloir 3 de retour d'air~de la gaine 1. Parvenu à l'extrémité du couloir 3 opposée à celle d'alimentation Ge la paine 1, il emprunte le couloir inférieur t dans le sens opposé à celui du parcours de couloirs 2 et 3 et-ressort à l'extrémité té d'alimentation de la gaine pour etre rechauffé et recyclé. On remarque, que les trajets que parcourent les filets d'air dans chaque circuit formé par deux canaux adjacents sont d'égale longueur, ce qui assure un échange thermique équilibré. Par ailleurs, quelque soit la position du canal dans la série des canaux juxtaposés, la distance qu'accomplit l'air alimentant ce canal sur son parcours entre l'entrée et la sortie de la gaine sera identiquement la mëme. En effet, si un canal donné se situe en dernière position, le retour de ce canal sera en première position dans la gaine de retour. Puisque les parcours restent les memes, on doit avoir l'équilibrage des débits. Cet équilibrage est favorisé par l'ajustement de la section de débit des deux couloirs 2 et 3 de la gaine au débit d'air relatif à la section du couloir donnée. Le rapport de sections de débit d'air d'arrivée et de sortie est grand à l'extrémité d'alimentation en air de la gaine et faible à l'extrémité opposée. L'air à la sortie de la gaine peut être rechauffé soit au moyen de résistances électriques placées à l'intérieur meme de la gaine,p.ex. dans le couloir 4, soit au moyen d'un générateur fonctionnant au gaz, à l'électricité ouau fuel, avant d'etre recyclé. On peut également utiliser l'énergie solaire, grâce à un capteur logé p.ex. dans une paroi ou le toit du bâtiment, un appoint de chaleur étant fourni p.ex. par le chauffage électrique. On peut également alimenter les conduites par un économiseur situé sur un circuit de récupération de chaleur. La gaine 1 ou un tronçon de gaine sur laquelle sont fixées des tôles nervurées 8 constitue un élément préassemblé en usine. De tels éléments sont obtenus en assurant un minimum d'étanchéité de la liaison de la gaine et de tôles nervurées, p.ex. par masticage,si nécessaire et par agraffage, tandis que le poids de la chape en bé ton destinée à reposer sur l'élément favorisera grandement l'étanchéité. Les éléments peuvent être livrés sur le chantier sous forme de tron çons de gaine, qutil suffit d'assembler les uns aux autres au moyen p.-ex. de boulons. Dans le cas du chauffage par le sol, ce dernier sera préparé pour recevoir l'installation en creusant une tranchée pour la gaine 1 et en revêtant la surface du sol par une dalle de fondation et par un enduit d'isolation thermique 13, si nécessaire et selon la nature du sol. Lorsque la dalle de fondation ou la chape en béton constituant le sol n'est pas suffisamment plane, le problème d'étanchéité peut être résolu, soit en fixant au béton les parties planes des toles ner vurées par des vis, soit par d'autres moyens auxiliaires. La face plane de tôles venant au contact du sol peut être munie d'un profil en dents en saillie destinées à pénétrer dans le ciment avant la prise. En variante, ledit profil peut comporter un logement pour un jonc souple en caoutchouc ou en matière plastique, de section ronde ou carrée, plein ou creux. De telles tôles pourraient être livrées avec le jonc d'étanchéité assemblé par collage en usine. Les éléments préassemblés en usine 1 et b sont posés sur le sol et, si nécessaire, des tôles nervurées 14 sont posées à recouvrement en prolongement des tôles 8, de part et d'autre de ces dernières, de façon à couvrir toute la surface du sol du bâtiment. Aux deux extrémités de tôles 14, on place des caissons reliant par des coudes à 1800 deux canaux adjacents. Une chape en béton 15 constitunnt le sol du bâtiment recouvre l'installation. Le chauffage par le sol réalisé dans un bâtiment de surface de 2000 m2 et de hauteur de 10 m a permis de maintenir une température au sol de 270C et une température intérieure de 2O0C pour une température extérieure de -70C, en faisant circuler l'air à 50 C avec un débit de 480kg à l'heure et par mètre de longueur du bâtiment au moyen de ventilateurs compensant une perte de charge de 13 mm d'eau. La puissance consommée en énergie- mécanique constituait environ 1/100 de la puissance énergetique du chauffage. L'air chaud peut être extrait ponctuellement à trarers une bouche d'ouverture réglable à l'intérieur du bâtiment, soit pour assurer un appoint de chauffage sans avoir recours à une installation supplémentaire lorsque les besoins sont supérieurs à l'énergie thermique de rayonnement obtenue du sol, soit pour d'autres usages, tels que ventilation et aspiration de fumées ou de vapeurs. L'installation selon l'invention peut servir également à réaliser le chauffage à partir de planchers en adaptant les tôles nervurées de coffrage pour créer des canaux de circulation d'air. Tout par ticulièrement, l'invention se prête à la réalisation de plafonds chauffants intégrés au plancher. Dans une telle réalisation; la tôle du coffrage du plancher reçoit à sa partie inférieure une tôle juxtaposée face-à-face, la circulation d'air étant réalisée dans les canaux formés par les nervures- de la tôle de coffrage et par la tôle juxtaposée, qui devient source de radiation de la chaleur. Cette tôle rapportée, en acier ou en aluminium, peut hêtre profilée pour augmenter sa surface rayonnante. L'étanchéité des liaisons des deux tôles devra être assurée par les moyens mentionnés au sujet de l'étanchéité entre la gaine 1 et les tôles 8. Selon une autre variante de réalisation représentée aux figures 4 et 5, les éléments de construction servant de conduites de circulation d'air de chauffage sont constitués par des dalles de béton préfabriquées 20 comportant des canaux d'allègement 29,30. La gaine 1 dé distribution d'air est surmonte de caissons 21 qui-communiquent alternativement au moyen d'orifices 11 avec le couloir d'entrée 2 et au moyen d'orifices 12 avec le couloir de sortie 3 de la gaine. Ces caissons en tôle soudés par points sur une face de la gaine portent des embouts de tubes 22 soudés au caisson et orientés transversalement à l'axe longitudinal de la gaine. Le raccordement des deux dalles adjacentes sur la gaine 1 s'effectue par l'insertion des embouts 22 dans les extrémités de canaux 29,30. Pardessus les caissons et les raccords, on coule une chape de béton, qui réalise une surface plane sur toute la superficie du sol ou du plancher. Pour couvrir de larges surfaces, des rangées de dalles peuvent être raccordées les unes aux autres au moyen de bouts de tubes 24 insérés dans les extrémités des deux dalles adjacentes. Afin d'assurer des circuits fermés dont chacun comprend deux canaux voisins, des tubes coudés à 180 en tôle ou en matière plastique servent de raccords'aux deux extrémités de canaux de dalles d'extrémité. Les raccordements d'extrémité sont renforcés par une coulée de béton. Parmi les dalles pouvant servir à une telle application, on peut citer à titre dtexemple des dalles alvéolées de plancher en béton précontraint fabriquées par extrusion, qui s'utilisent avec ou sans chape. L'installation de chauffage par radiation, notamment du sol, présente de nombreux avantages par rapport aux installations existantes. L'adaptation des éléments de construction existants, tels que tôles nervurées de coffrage ou dalles alvéolées en béton pour constituer des canaux de circulation permet de réduire le coût de la construction. La chape en béton favorise par son poids l'étan- chéité des éléments, protège l'installation contre l'endommagement et procure à l'installation une résistance et fiabilité mécanique nécessaire. La pose des éléments peut entre confiée àun personnel non spécialisé. En effet, seule la mise en place sur le chantier des premiers éléments préassemblés en usine doit etre dament contrôlée, les éléments suivants sont placés par rapport aux précédents. Le dimensionnement des sections de débit d'air sur tout son parcours étant fixe pour une installation donnée, les paramètres variables sur lesquels on peut agir pour ajuster les modalités de chauffage sont la température et le débit d'air. L'installation ne comporte aucun organe mobile de réglage risquant de causer une panne de fonctionnement. La possibilité d'utiliser 11 énergie solaire ou la chaleur récupérée rend l'installation particulièrement attrayante pour son bas coût d'exploitation. RVNDICATIONS. 1. Installation de chauffage par rayonnement des bâtiments au moyen de canalisations parcourues par un fluide chaud incorporées dans les éléments de construction du sol ou du plancher, caractérisée en ce que lesdits éléments de construction présentent des canaux formant deux à deux des circuits pour la circulation d'air chaud et en ce qu'une gaine centrale de distribution alimentée à l'une de ses extrémités en air est montée au milieu desdits canaux dans le sens transversal par rapport à ceux-ci, laquelle gaine comporte une cloison longitudinale séparant l'intérieur de la gaine en un couloir d'arrivée et un couloir de sortie de l'air, les deux couloirs étant munis d'orifices-communicant avec les canaux, dans chaque couple de canaux un canal étant en com munication avec le couloir d'arrivée d'air et l'autre avec le couloir de sortie d'air de la gaine. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cloison de la gaine est placée obliquement par rapport au plan médian de la gaine et divise le volume de la gaine de fa çon telle, que le rapport des sections de débit d'air d'arrivée et de sortie soit grand à l'extrémité d'alimentation en air de la gaine et faible à l'extrémité opposée. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la gaine comporte un double fond, le couloir délimité par ce double fond servant à ramener l'air à sa sortie des canaux vers l'extrémité d'alimentation de la gaine. 4. Installation selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément préassemblé en usine constitué par une gaine centrale ou un tronçon de gaine, sur laquelle sont fixées transversalement des tôles de coffrage, dont les nervures forment des canaux transversaux par rapport à la gaine et des tôles nervurées posées à recouvrement de part et d'autre en pro longation des toles nervurées dudit élément préassemblé. 5. Installation de chauffage par rayonnement du sol selon la reven dication 4, caractérisée en ce que la gaine est placée dans une tranchée aménagée dans le sol, les tôles nervurées de coffrage sont placées avec leurs faces concaves contre le sol, le poids de la dalle de béton coulé ultérieurement assurant l'étanchéité des canaux. 6. Installation selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la face reposant sur le sol des parties planes de tôles nervurées est munie de moyens assurant 11 étanchéité avec le sol, tels que profil en dent en saillie dirigée vers le sol ou loge ment pour un jonc-souple longitudinal. 7. Installation selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce qu'aux deux extrémités de canaux formés par des nervures sont posés des caissons reliant- par des coudes à 1800 deux canaux adjacents. 8. Installation selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des dalles préfabriquées en béton présentant des canaux, assemblées par l'introduction des bouts de tubes dans les extrémités de canaux des deux dalles adjacentes et par la coulée de béton à l'endroit de la liaison. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la gaine de distribution d'air présente sur l'une de ses faces des caissons en communication respectivement avec le couloir d'arri- vée et le couloir de sortie d'air, chaque caisson portant des embouts de tubes du mëme axe faisant saillie de part et d'autre du caisson en direction transversale par rapport à l'axe longi tudinal de la gaine, lesdits embouts de tubes s'insérant dans les canaux des deux dalles adjacentes. 10.Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'on raccorde les extrémités de deux canaux adjacents de dalles d'extrémité au moyen d'un tube coudé à 1800 et on coule du béton à l'endroit du raccordement. 11. Installation de chauffage par rayonnement du plafond int-égré au plancher selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'aux tôles de coffrage du plancher en béton sont juxtapo sées face à face des tôles formant avec les premières des canaux pour la circulation d'air chaud, lesdites tôles constituant un panneau rayonnant du plafond. 12. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'air chaud est introduit à une température de 40 à- 550C dans la gaine et il est recyclé après chauffage par échange ther mique avec un générateur de chaleur. 13. Installation selon la revendication 1, caractérisée encre que des bouches d'air sont placées sur les canalisations pour servir d'appoint de chaleur par introduction directe d'air chaud dans l'enceinte du bâtiment.