Brevet FR2496236A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne un tuyau à poser dans la matière de chape d'un plancher et dans des éléments préfabriqués, destiné à transpor- ter un fluide caloporteur, tel qu'un agent de chauffage ou de refroidissement. Les éléments pré- fabriqués sont dans ce cas en règle générale des plaques de montage en matière plastique qui pré- sentent des moyens de retenue pour les tuyaux en forme de tenons ou d'organes analogues. Un exemple d'une telle plaque de montage est décrit dans le brevet allemand n0 2 720 361. Pour fabriquer une installation de chauf- fage dans le sol, on pose des tuyaux sur le sol, dans un sens et dans l'autre, en serpentin, selon un schéma déterminé et calculé et on les recouvre en- suite de matière de chape. Diverses sections sont connues ou ont été proposées pour les tuyaux uti- lisés à cet effet. Les tuyaux les plus fréquemment utilisés ont une section circulaire. Des tu- yaux à section circulaire peuvent être fabri- qués d'une manière simple. Quant à leurs autres propriétés, telles que leurs propriétés physiques et thermiques, Ies tuyaux à section circulaire atteignent des valeurs moyennes à bonnes. Des tuyaux à section ovale sont également connus. L'avantage de ces derniers tuyaux par rapport aux tuyaux à section circulaire réside dans le fait que, pour une section interne égale ou pour un volume intérieur égal, ils présentent une sur- face plus étendue. Ceci améliore la transmission de la chaleur de l'agent de chauffage qui y cir- cule, comme par exemple de l'eau chaude, au plan- cher environnant ou à la matière de chape. Comme on le décrira encore plus loin, cette transmission de chaleur accrue s'accompagne cerendant d'autres inconvénients graves. Pour atteindre une surface encore plus étendue et ainsi une transmis- sion de chaleur encore meilleure, on a finalement encore proposé un tuyau qui présente fondamenta- lement une section circulaire dont la surface est ce-endant ondulée ou cannelée. Cette courte description de l'état de la technique indique qu'au départ de tuyaux de section circulaire, on a recnerché et on a trouvé d'autres formies de tuyaux qui, pour une im me section interne présentent une surface plus étendue et permettent C ainsi une transmission de chaleur plus élevée. La surface plus étendue peut être calculée immédiate- ment à l'aide de formules mathématiques simples. la transmission de la chaleur est,- à titre de pre- miere approximation, directement proportionnelle à la surface. La transmission de la chaleur peut aussi être mesurée localement et rapidement à l'aide de dispositifs simples. La transmission de la chaleur est donc une grandeur physique qui peut être déterminée rapidement et simplement par des moyens mathématiques et des techniques de mesure simples. L'avantage d'une transmission de chaleur plus levée saute aux yeux. Lors du calcul d'ins- tallations de chauffage dans le sol, on peut tenir compte et on tient effectivement compte immédiate- ment d'une transmission de chaleur plus élevée de la section de tuyau utilisée. Cela étant, par unité de surface du sol chauffant, on peut réduire la longueur des tuyaux et la densité de la disposi- tion des tuyaux diminue. La longue observation d'installationsde chauffage dans le sol, dans les- quelles des tuyauxà section ovale étaient utilisés, a cependant abouti à la connaissance du fait que ces installations présentent de nombreux inconvé- nients. En particulier, la transmission de chaleur plus élevée résultant de leur surface relativement plus étendue, n'offre qu'un avantage apparent. La transmission de chaleur plus élevée adoptée est annulée par d'autres circonstances et n'a en outre qu'un effet temporaire. En plus des propriétés thermiques d'un tuyau au nombre desquelles on compte la transmission de chaleur, il y a aussi d'autres propriétés dont il faut tenir compte,comme la commodité de pose, la stabilité de la matière de chape dans laquelle les tuyaux sont noyés, et en particulier la constance des valeurs calculées,comme la transmission de cha- leur, la section transversale interne etc., pendant toute la durée de vie de l'installation de chauf- fage dans le sol. Cette durée de vie comprend une période pouvant s'étendre sur des dizaines d'années. On sait, à propos des installations de chauffage central fonctionnant avec des radiateurs classiques, qu'elles s'obstruent après une durée de fonctionnement de plusieurs années en dizaines d'années. Les matières flottantes contenues dans l'eau, auxquelles appartient le dit "tartre", se dé- posent au cours des années. Les matières flottan- tes précipitent en particulier aux endroits o l'eau de chauffage présente une vitesse d'écoule- ment faible et s'agglomèrent pour former du "tartre" ou du calcaire. La section intérieure efficace est de ce fait réduite et la résistance à l'écou- lement augmente. Un premier stade de cet entar- trage est l'envasement. Lors de cet envasement, les matières flottantes se déposent déjà après une courte durée de fonctionnement en des endroits o l'eau chaude ne circule dans le tuyau qu'à une faible vitesse d'écoulement. Dans le cas de tuyaux à section ovale, ces endroits sont les deux côtés de la section intérieure qui vont en se rétrécis- sant. Des tuyaux à section ovale sont par ailleurs souvent posés de fagon que leur grand axe soit dis- posé verticalement. Un tel côté qui va en se rétré- cissant ou une section interne plus petite est ainsi disposé au bas du tuyau. L'envasement est encore favorisé par le fait que, lorsque l'instal- mat-on est arrêtee, les matières flottantes se dé- posent par gravité et s'agglomèrent aux endroits de dépoôt. C'est-à-dire que la section interne efficace des tuyaux a section ovale qui sont poses avec leur grand axe vertical, diminue déjà après une courte durée de fonctionnement. Une telle courte durée de fonctionnement est dé.'a atteinte après quelques pé- riodes de chauffage. La puissance thermique de l'ensemble de l'installation de chauffage dans le sol diminue d'une manière correspondant à la sec- tion interne efficace décroissante de ces tuyaux à section ovale. L'avantage d'une transmission de chaleur élevee oui est supposé présent et qui est présent effectivement pendant une première'courte période de fonctionnement non seulement est annulé, mais en outre a des conséquences défavorables. cUn autre inconvénient des tuyaux à sec- C îtion ovale résulte du fait qu'ils prsentert des me- ments de résistance différents le long de leur grand axe et de!eur petit axe. Ceci suscite des dif- ficuits icrs de la pose et rend dcn ces tuyaux Peu commodes à poser. La pose des tuyaux selon la forme prescrite de serpentins, etc., exige de la force car, à la suite d'une torsion importante et inégale le long de leurs deux axes, ces tuyaux résistent à chaque modification de forme. La chape peut aussi souffrir de la présence de tuyaux à section ovale posés dans sa masse avec leur grand axe vertical ou en positocn dressée. Les deux extrémités du tuyau -isposezs nrn haut eL en bas et allant en se rêtrecîs- sant, s=e cc_ nrte cJû_.es ons. C'est en parti- culier l&rscau la hau-eur de la chae es- peu élevae que celle e roM.. _t Oum ces crevasses v auaraissent. La géométrie démontre que des tuyaux à section ovale sony moins résistants dans le sens de leur petit axe que dans celui de leur grand axe. Sous cet aspect, ils sont inférieurs aux tuyaux à section ronde. A titre de compensation et en vue d'atteindre une solidité suffisante, on fabrique dès lors des tuyaux à section ovale avec une épaisseur de paroi accrue. Ceci a pour effet de réduire à nouveau la transmission de chaleur plus élevée due à leur surface plus étendue. A la suite de cette épaisseur de paroi accrue, ces tuyaux sont beaucoup plus raides que des tuyaux à sectincirculaire et sont ainsi peu commodes à poser. Il n'est pas possible de les cintrer selon dés courbes aussi serrées que des tuyaux- à section circulaire. Par con- séquent, les brins parallèles du serpentin doivent être davantage espacés les uns des autres et la densité de la disposition des tuyaux diminue. Dans le cas de tuyaux posés avec leur grand axe vertical, la hauteur d'installation est en outre accrue. La matière de chape qui les enferme a un volu- me plus élevé. Cela étant, la quantité de matiè- re de chape qu'il faut chauffer augmente et l'effi- cacité thermique d'une installation de chauffage dans le sol diminue. Alors que le tuyau à section ovale du type décrit plus haut offre initialement l'avantage d'une transmission de chaleur prétendument un peu plus élevée mais présente des inconvénients qui prédominent après une durée de fonctionnement de quelques périodes de chauffage seulement, les ttyaux à section ronde accusent des valeurs essentielle- ment moyennes pour toutes leurs propriétés. L'inven- tion a pour but de conférer à un tuyau à utiliser dans le domaine du chauffage dans le sol, une sec- tion telle qu'il ne présente que des valeurs opti- males en ce qui concerne sa surface, c'est-à-dire la transmission de chaleur, sa section interne ef- ficace, sa commodité de pose et la stabilité de la chape qui le reçoit. Le tuyau conforme à l'invention doit en particulier représenter un produit honnête qui conserve des valeurs initiales élevées sans changement pendant toute la durée de fonctionnement de l'installa- tion de chauffage dans le sol. On réalise ce but sui- vant l'invention d'une manière étonnamment simple en conférant une section carrée au tuyau. Un tuyau à section carrée a, du point de vue mathématique-géométrique, compte tenu de sa section intérieure, une surface moins étendue qu'un tuyau à section ovale. Non seulement cette section intérieure est maintenue bien dégagée pendant toute la durée de fonctionnement d'une installation de chauffage dans le sol dont le tuyau fait partie mais en outre le tuyau à section carrée présente encore d'autres propriétés qui donnent une meilleure transmission de chaleur. Cette dernière est due notamment un rayonnement plus élevé. Ce rayonne- ment résulte du fait que toute la face supérieure du tuyau, c'est-à-dire environ 25%, de sa surface globale, est orientée vers le haut et rayonne la chaleur directement vers le haut. Une meilleure transmission de chaleur résulte en outre du fait que, lors de la pose de tôles sur les tuyaux, celles-ci peuvent être collées directement à leur côtés supérieurs. De la chaleur peut ainsi être transférée directement aux tôles à partir d'environ 2)5 de la surface globale du tuyau. Aucune autre section counnue ne permet un tel transfert de chaleur direct. Les deux parois latérales verticales du tuyau assurent en outre un rayonne- ment latéral intensif. Ceci permet des distances accrues entre les tuyaux. La section intérieure libre d'un tuyau à section carrée est conservée pendant la totalité de sa durée de fonctionnement. Ceci est dû au fait que l'écoulement n'est gêné en aucun endroit de la section par un rétrécissement et ne favorise donc en aucune manière le dépôt des boues. En outre, grâce aux surfaces rectilignes, des tourbillons se forment et les particules solides sont ainsi entrai- nées ou au moins maintenues dans un état flottant. Cette dernière particularité augmente le poids spé- cifique de l'eau de chauffage et aboutit ainsi à une meilleure transmission de chaleur. Un tuyau à section carrée est aussi très commode à poser. Son moment de résistance est égal dans le sens de ses deux axes. Il ne tend par con- séquent pas, lors de la pose, à prendre une forme ondulée. De cette façon, les distances entre des brins de tuyaux voisins varient. Ceci aboutit à des puissances de chauffage par rayonnement diffé- rentes. Des tuyaux à section carrée peuvent aussi être cintrés de manière simple. Une torsion en est entièrement absente. Un tuyau à section carrée aboutit égale- ment a une stabilité élevée de la chape. Il ne présente pas de surfaoes ou de formes à même de se comporter comme des coins et de fendre ou d'entail- ler la matière de chape. La stabilit4 d'une instal- lation de chauffage dans le sol contenant de tels tuyaux peut donc être considérée comme très bonne. Dans l'ensemble, un tuyau à section carrée présente à la fois une surface étendue et une grande section interne. Compte tenu de sa puissance thermique, son encombrement est réduit. Par ailleurs, les espaces morts sont supprimés et les pertes de transmission restent faibles. Dans une forme d'exécution avantageuse, les coins du tuyau sont arrondis à l'intérieur et à l'extérieur. Ces arrondis dans la surface inter-- rne permettent d'éviter la présence d'endrcits c 2es matières solides pourraient se déposer & cause d'un écoulement plus lent. Les arrondis de la surface exrn lage de la matière de chape environnante. Une vaieur d'environr, 25, de la largeur libre de la sec- ion X.interne esT consid- e' comme avantageuse pour le raon de ccurbure des arrondis des coins de la ^''z - Les tuyaux conformes à l'invention peu- venu être Laits d'une matière plasti que flexible ou -rigde ou galement d'un métal. Dans la description qui précède et dans la description qui suit donnée avec référence aux dessins annex's, le tuyau conforme à l'invention est décrit en association avec une installation de chauffage dans le sol. Ses propriétés avanta- geuses sont toutefois aussi valables lorsqu'il est utilisé - d'autres fins hour la transmission de cha-eur ou d- frcid. Par e:emule, il -eu aussi être ut-' -' ans des i-.-a'at. -.s de cbauffage compre- rs C Il tut au-si r. arc.uru par un agent e r-froicdisse- men-t e. lieu et nlace de l'eau de chauf'te et dans ce cas il fait partie d'une installaticr. de climatisation. LeS tuyaux connus, le tuyau conforme à l'invention et des exemples de pose seront décrits ci-apres, a titre d'exemple, avec référence aux des- sins annexés dans lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective fragmentaire d'un tuyau a section ovale de type con-nu; la Fig. 2 est une vue en perspective fragmentaire d'un tuyau à section circulaire de type coreu; la Fi. 3 est une vue en perspective fragmerntaire du tu-au à section carrée; la Fig. 4 est un vue en coupe du tuyau conforme à l'invention illustrant simultanément la section d'un tuyau à section circulaire la Fig. 5 est la vue en perspective d'un tuyau conforme à l'invention à section carrée posé ou conformé arbitrairement en S-; la Fig. 6 est une vue en perspective frag- mentaire d'un tuyau à section circulaire incorporé à une installation de chauffage dans le sol pourvue de tôles, et la Fig. 7 est une vue correspondante d'un tuyau à section carrée conforme à l'invention; La Fig. 1 illustre schématiquement un tuyau 12 à section ovale. Son grand axe est dis- posé verticalement. Cette disposition correspond à un montage en position dressée. On obtient dans ce cas une hauteur de construction h. Cette hauteur correspond à la longueur du grand axe. La flèche indique l'eau de chauffage en circulation. Au bas du tuyau 12 ou à son extrémité inférieure qui va en se rétrécissant et qui présente une section di- minuce de manière correspondante, de la boue se dé- pose déjà après un temps de fonctionnement relative- ment court. Cette boue 14 est représentée sché- matiquement. La Fig. 2 est une vue schématique et en perspective d'un tuyau 12 de type classique à section circulaire. La Fig. 3 illustre un tuyau 12 à section carrée conforme à l'invention. Ce tuyau 12 présente également une hauteur de con- struction h. Les quatre flèches doivent indiquer que l'eau de chauffage dispose d'une grande section interne libre et que le tuyau peut être parcouru plus rapidement à cause d'une résistance à l'écou- lement diminuée de manière correspondante. Pour le dessin comparatif suivant,on admet que la hauteur de construction h est égale à dix unités de longueur. Dans la pratique, la hauteur de construction h o le diamètre du tuyau 12 à section ronde est par exemple de 18 mm. Si h = 10, le tuyau 12 à section ronde a un périme4re de 31,4 et, en négligeant l'épaisseur de sa paroi, une sec- tion interne libre de 78,5. Pour le tuyau conforme à à l'invention à section carrée, on obtient, en né- gligeant l'épaisseur de paroi et l'arrondi des coins, un périmètre de >0 unités de longueur et une section interne libre de 100 unités de surface. Ces chiffres sont supérieurs à ceux du tuyau 12 à section circulaire. Il convient de considérer que tant la dépense de matière plus importante que le tuyau à section carrée exige que le plus grand volume que ce tuyau occupe dans la matière de bape, sent cependant avantageux. Cet exemple chiffré démon- tre de cette façon la supériorité du tuyau à sec- tion carrée conforme à l'invention. Une comparaison de ce tuyau avec le tuyau 12 à section ovale repré- senté sur la Fig. 1 donne encore de meilleurs chiffres. La Fig. + illustre en superposition et à plus grande échelle un tuyau à sectioncirculaire et un tuyau à sectioGn carrée. Les quatre parties hachu- res représentent les endroits o la section interne du tuyau à section carrée est plus grande que celle du tuyau à section circulaire. La Fig. 5 est une vue en perspective d'un tuyau 12 à section carrée conformé ou posé en forme de S. La forme représentée comprend trois brins de tuyau parallèles et deux coudes. Cette forme en S choisie à dessein prétend démontrer que le tuyau à section carrée conforme à l'invention peut être amené sans résistance dans n'importe quelle forme et peut la conserver. Ceci est valable aussi bien pour des brins parallèles que pour des coudes etc. Le tuyau ne présente pas de torsion ni de moments de résistance différents le long de ses deux axes. Les Fig. 6 et 7 représentent à titre com- paratif un tuyau 12 à section circulaire et un il t uyau 12 à section carrée conforme à l'invention. Les deux tuyaux 12 sont disposés dans des plaques en matière plastique 16 profilées et sont recouverts de tôles 18. Ces plaques en matière plastique 16 sont les éléments préfabriqués ou plaques de montage mentionnés plus haut. Les tuyaux 12 sont placés directement sur les plaques en matière plastique 16 avec intercalation d'une couche d'adhésif 20. Dans le cas du tuyau 12 à section circulaire représenté sur la Fig. 6, un contact théorique simplement li- néaire s'établit entre le tuyau et l'adhésif 20. - Dans la pratique, le contact s'effectue suivant une bande étroite. Sur la Fig. 7, le tuyau 12 et l'adhésif 20 sont cependant en contact sur la tota- lité de la face supérieure du tuyau. La chaleur peut ainsi pénétrer dans l'adhésif 20 ou dans la tôle 18 directement par l'intermédiaire d'une sur- face étendue. Il en est ainsi en particulier lors- cue l'adhésif 20 contient des additifs améliorant sa conductibilité thermique. Les figures montrent que3 le tuyau à section carrée conforme à l'invention garantit, dans le mode de pose représenté, une bien meilleure transmission de chaleur. Ce qui ressort de la comparaison entre les Fig. 7 et 6 ressortirait d'autant plus d'une comparaison avec un tuyau à sec- tion ovale posé dressé. R E V E N D I C A T I 0 IX S I - Tuyau pour le transport d'un agent caloDorteur fluide (agent de chauffage ou de re- froidissement) à poser dans la matière de chape d'un plancher et dans des éléments préfabriqu6s(16), caractérisé en ce qu'il présente une section carree. 2 - tuyau suivant la revendication 1, caractérzse en ce que ses 'coins sont arrondis intérieurement et extérieurement. 3 - Tuyau suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure des coins de la surace- Lnerne de la Laro est de préférence égal à 25, de la largeur libre e la secion interne. :5 4 - Tuyau suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est fait d'une matière plastique flexible ou rigide. - Tuyau suivant la revendication 3, caractérise en ce qu'il est fait de métal.