Brevet FR2528473A1 — publié le 19831216

Domaine technique. La présente invention concerne un procédé d'isolé lation de parois de locaux contenant de l'air à différentes températures par effet du mouvement de l'air au voisinage de la surface de paroi que l'on désignera cl-après par "effet pariétodynamique11. Elle concerne aussi les dispositifs permettant d'appliquer ledit procédé. Problème posé. Les pertes de chaleur d'un local se font de deux façons - par conduction des,parois (pertes statiques) - par le renouvellement d'air dans ce local qui est donné par des spécifications réglementaires (pertes dynamiques). Etat de la technique et inconvénients. Les pertes par conduction sont réduites en améliorant les coefficients d'isolation (coefficients K) des parois et on peut les diminuer en augmentant l'épaisseur de celles-ci et surtout par le choix des matériaux plus ou moins isolants et la structure de ces parois. Les endroits les plus difficiles à isoler concernent les baies et huisseries. On réalise des doubles et même des triples vitrages qui sont onéreux et n'apportent malgré tout qu'un résultat limité. Pour améliorer les pertes dynamiques, on utilise des échangeurs à double flux qui admettent de l'air frais suivant un flux qui croise l'air vicié tiède dans l'autre flux. On améliore encore ce dispositif par une récupération de chaleur sur l'air extrait par une pompe à chaleur. On réalise aussi une isolation pariétodynamique en prévoyant une paroi à double épaisseur qui est destinée à préchaufRer l'air de ventilation. On admet l'air frais de renouvellement a la base de la paroi externe, cet air chemine entre les deux parois pour aboutir dans le local. En somme, cette double paroi joue le rôle d'échangeur et le calcul montre que son rendement est maximum lorsque le coefficient isolation est e meme pour les deux parois cependant, dans ce cûs, le rendement ne dépasse pas 25 . Tolus ces dispositifs sont donc onéreux ou peu efficaces et nécessitent dans le cas des échangeurs à double flux et des pompes à chaleur, un entretien assidu. C'est une raison de leur diffusion limitée. la présente invention est destinée à remédier à ces inconvénients et son objectif est de diminuer les pertes calorifiques statiques de la paroi en utilisant un effet pariétodynamique. On connaît aussi l'effet Coanda qui concerne l'attachement d'un jet de fluide sur une paroi en aval d'un évasement brusque, par suite de la dépression créée par entrainement de fluide dans l'écoulement tourbillonnaire entre le jet et la paroi évasée. La présente invention se propose d'utiliser cet effet dans la dynamique d'écoulement de l'air le long des parois. Exposé de l'invention. Le procédé de l'invention est caractérisé principalement par le fait que de l'air frais est canalisé et soufflé en nappe rasante appliquée sur la surface intérieure des parois froides par un diffuseur répartiteur apte à y développer ledit effet Coanda. Le dispositif d'isolation permettant d'appliquer ce procédé est caractérisé par le fait qu'on prévoit ltad- mission d'air fraie à l'intérieur dans un diffuseur répartiteur, en limite e chaque paroi froide, diffuseur qui présente une fente sur la largeur de ladite paroi, fente qui débouche à une faible distance de cette paroi en présentant de préférence le profil dtun,venturi ou lèvre, des raidisseurs parallèles à l'écoulement de l'air étant prévus pour relier les deux parois de la fente. Généralement, l'air frais rasant la paroi froide est de l'air neuf prélevé à l'extérieur et normalement destiné au renouvellement de l'atmosphère intérieure. Cependant, dans un local ne nécessitant pas de renouvellement d'air, où les parois sont constituées par de surfaces planes, l'air frais rasant les parois peut etre de l'air ambiant refroidi par l'évaporateur d'une pompe à chaleur située dans le local et dont le condenseur participe au chauffage. Pour un local de faible dimension, et pour une fenêtre notamment, l'air neuf est admis par différence de pression naturelle ou mécanique en venant du haut de la paroi. On bénéficie alors de la densité plus importante de l'air frais qui entrain celui-ci vers le bas alors que l'atmosphère interne est constituée d'air plus chaud. Quand on se trouve devant une grande paroi verticale ou une paroi oblique ou horizontale, il n'est plus question de bénéficier pleinement de cet effet de différence de densité pour obtenir l'effet Coanda. I1 est alors nécessaire d'admettre de l'air neuf par soufflage à l'aide d'un ventilateur qui détermine la lame d'air. On comprend que le principe de l'invention réside dans la constitution d'une nappe d'air frais tapissant les parois du local pour éviter les pertes statiques. Cette åispositiOn est d'autant plus intre-ssante lorsque cette couche d'air frais est ne5ceEsaire au renouvellement de l'air au local. Toutefois, dans un local de volume im- portant et ou le renouvellement de l'air ne nécessite pas un débit tel qu'il puisse tapisser toutes les parois, on combine au dispositif de soufflage de l'invention, une pompe à cnaleur dont l'évaporateur produit de l'air froid, qui est insuffle la partie supérieure du local à l'aide d'un ventilateur qui souS f'l e dans un diffuseur répartiteur pour constituer une ou plusieurs nappes rasantes d'air frais le long des parois descendantes constituées, par exemple, par la toiture, puis les parois latérales du local, tandis que le condenseur de la pompe à chaleur alimente directement ou par l'intermédiaire dtun fluide secondaire un appareil de chauffage, tel qu'un aérotherme notamment pour réchauffer l'air à l'endroit où c'est nécessaire. Bien entendu, suivant l'importance du local, on peut prévoir plusieurs dispositifs de ce genre répartis le long de l'im- meuble. Solution au problème, avantages et résultat industriel. Dans ce genre d'isolation à effet Coanda, l'air froid rencontre en premier lieu une paroi froide qui peut meme avoir une température légèrement supérieure à celle dudit air. La veine d'air absorbe donc une partie de la chaleur dissipée à ce niveau et se réchauffe progressivement au contact de la paroi et par dilution de l'air interne. Le flux d'air soufflé arrive à un niveau où sa température devient supérieure à celle de la paroi sans atteindre pour autant la température de la pièce. De ce fait, la transmission de la chaleur vers l'extérieur se trouve considé rablement diminuée. En d'autres termes, ce dispositif limite les déperditionsde la zone inférieure de la paroi et peut récupérer en partie la chaleur transmise dans la zone supérieure. La théorie montre que l'efficacité de protection thermique de ce genre d'isolation peut approcher 1 pour un débit d'air neuf très important introduit par rapport à la surface et lorsque la température moyenne de la paroi reste très proche de la température extérieure. Ce cas limite est théorique et on peut affirmer que l'efficacité du dispositif de l'invention augmente en fonction du rapport du débit d'air neuf à la surface de la paroi et du rapport des déperditions correspondantes. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après qui en donne quelques exemples non limitatifs de réalisation pratique et qui sont illustrés par les dessins joints. Dans ces dessins La figure i est une coupe schématique d'une paroi isolée suivant le procédé de l'invention. La figure 2 est une coupe verticale schématique d'un bâtiment isolé suivant le procédé de l'invention avec admission d'air frais par le haut et évacuation de l'air vicié. la figure 3 est une coupe verticale schématique d'un bâtiment isolé suivant le procédé de l'invention ave, a:nl3c).cr d'air frais par le bas et extraction par le haut. La figure 4 est une coupe verticale schématique d'un bâtiment avec toitures en shed au sommet de chaque travée desquelles est prévue ;*ne admission d'air frais pour isolation suivant le procédé de l'invention. La Figure 5 est une coupe verticale schématique d'un bâtiment avec toiture plane isolée suivant ie procédé de l'inventjo. La figure 6 est une coupe verticale transver sale d'e fenêtre à double vitrage utilisant le procédé d'isolation de l'invention. La azure 7 esc une vue de détail de la partie haute de la fenetre représentée à la figure 6. La figure 8 est une coupe transversale verticale à'une pièce où se trouve la fenetre représentée aux figures 6 et 7. La figure 9 est une coupe transversale schématique d'un local isolé suivant le procédé de l'invention où l'air froid est produit par l'évaporateur d'une pompe à chaleur. Description de quelques modes de réalisation. A la figure i, on a représenté une paroi (1), qui peut être un mur, une toiture, un vitrage ou autre, où on a distingué l'extérieur et l'intérieur. La partié supérieure de la paroi (1) est coiffée par un diffuseur (2) où stengoufSre de l'air frais suivant la flèche (3), air qui est canalisé et soufflé suivant une nappe rasante qui s'applique contre la face intérieure de la paroi (1) comme matérialisé par les flèches (4). Cette formation de nappe d'air frais est favorisée par la forme de la sortie (5) en forme de venturi qui provoque l'effet Coanda qui détermine l'attachement de la nappe d'air contre la paroi (1).Comme l'air introduit est froid et qu'il a une densité supérieure à l'air 3e trouvant à l'intérieur de la paroi (1), la nappe rasant l'intérieur de la paroi (1) a une tendance naturelle a descendre qui s'ajoute à l'effet dynamique produit par la sortie en venturi (5). A la figure 2, au sommet de la toiture (6) est prévue une bouche d'aspiration (7) comportant un ventilateur qui aspire l'air frais extérieur suivant les flèches () et le refoule sur une grande largeur dans un diffuseur répartiteur (9), qui a une forme se terminant par un venturi de manière à donner naissance à des nappes d'air frais (10), (11) qui se collent à la toiture (6) par effet Coanda. A l'intérieur du bâtiment, on prévoit, de façon classique, des aérothermes (12) qui soufflent de l'air chaud suivant les flèches doubles (13), L'air vicié est extrait par une ou plusieurs hottes (14) surmontées d'une cheminée (15) comportant un ventilateur (16). Alors qu'à la figure 2, on a prévu une admission d'air frais par le haut, la figure 3 prévoit l'admis sion d'air frais par deux ventilateurs (171), (172) à la base des parois verticales avec de larges diffuseurs (181), (182) qui provoquent chacun une nappe d'air froid qui se colle aux parois verticales par effet Coanda, l'extraction étant assurée par des ventilateurs en toiture (20). Ici encore, on prévoit des aérothermes (12) qui soufflent de l'air chaud matérialisé par les flèches doubles (13). Dans le cas d'une toiture en shed représentée à la figure 4, on prévoit des cheminées d'aspiration (211), (212) à chaque faitière de toiture et qui soufflent de l'air frais sur des diffuseurs (221), (222) sous toutes les faîtières qui répartissent des nappes rasantes d'air frais su les ueu--c versants de la toiture. Le chauffage est prévu par des aerothermes (12). C' est le meme cas pour une toiture plate (figure 5) ou une cheminée d'aspiration (213) coopère avec un dif- fuser (223) s'étendant sous toute la toiture qui répartit et étale deux nappes d'air frais à directions opposées contre le dessous de la toiture. Les différents exemple qui ont été rapidement décrits jusqu'à présent montrent que le principe de l'iso- lation pariétodynamique par effet Coanda suivant l'invention peut s'appliquer à toute paroi entre un local chauffé et un autre local ou l'extérieur à température plus basse en prelevant de l'air à l'extérieur ou dans le local à température plus basse. Le cas fréquent de l'isolation d'une baie vitree sera expliquée plus loin et illustrée par les figures 6 à 8. A la figure 9, on a représenté un exemple d'isolation pariétodynamique d'un local par effet Coanda en produisant l'air froid d'isolation à la sortie de l'évaporateur (23) d'une pompe à chaleur où on a représenté le compresseur en (24j, le détendeur en (25) et le condenseur en (24). L'air tiède du local aboutit (flèches 27) l'évaporateur (23) en étant attiré par un aspirateur ventilateur (28). u passage dans l'évaporateur, l'air qui a, par exemple, 18 , est abaissé à 50 et est envoyé dans le diffuseur répartiteur (29) dont les sorties comportent des venturi classiques pour produire des nappes d'air frais qui collet aux deux versants de la toiture par effet Coancia et descendent ensuite le long des parois latérales du local en se diluant progressivement et en s'échauffant. Par exemple, dans le haut des parois verticales, au niveau de la sablière, l'air est environ à 10 (alors que la température extérieure est à O"). Une partie de cet air est admise dans ltéchangeur du condenseur (26) où elle est réchauffée à 400 pour être soufflée (flèche 13) dans le local où on peut observer, au niveau du sol, une température de 160. Une série de dispositifs de pompes à chaleur (23), (24), (25), (26) avec des aspirateurs (28) et des diffuseurs répartiteurs (29) est prévue sur toute la longueur du bati- ment. On a représenté un condenseur (261) à titre d'exemple. A la figure 6, on a représenté la coupe dune fenetre classique avec son dormant (30) et son ouvrant (31) comportant un double vitrage (32). L'étanchéité de l'ouvrant par rapport au dormant est réalisée de façon habituelle ; pour respecter les normes de ventilation, il existe une ouverture (33), dans l'ouvrant (31), de section appropriée au débit voulu et comprenant si nécessaire une lamelle souple pare-vent (34) (figure 7) qui obture l'ouver- ture (33) en cas de coup de vent brusque. I1 est aussi prévu un pare-pluie extérieur (35) munie d'une moustiquaire. Ceci est classique. Suivant I'invention, on prévoit un diffuseur répartiteur (36) qui présente une fente (37) ouverte vers le bas sur toute la largeur du vitrage (32) et qui débouche à une faible distance de celui-ci. La fente (37) est maintenue à ltouverture convenable par des raidisseurs (38) parallèles à l'écoulement de l'air dans la fente (37) à la suite de laquelle se produit l'évasement brusque (39) provoquant une dépression et la production d'une nappe d'air courant le long du vitrage (32) et matérialisée par les flèches (40) (figure 7). S'il n'y avait pas le dispositif de l'invention, la déperdition statique par conduction serait celle maté- rialisée par les flèches ou vecteurs (41) qui sont sensiblement égaux depuis le haut jusqu'au bas du vitrage (32), comme on 1a fait ressortir par la droite de niveau (42) qui suit l'extrémité des vecteurs (41). Avec le dispositif de l'invention, comme en haut du vitrage la nappe d'air souffli est plus froide or obtient une diminution des déperditions qui est matérialisée par les vecteurs (45) dont les extrémités décrivent la courbe (46). Dans la partie inférieure du vitrage (32) les déperditions, matérialisées par des vecteurs (47), sont un peu plus importantes mais la courbe (46) reste toujours légèrement en deçà de la droite !42). En d'autres termes, la déperdition totale du vitrage (32) est matérialisée par la surface entre la courbe (42) et ledit vitrage, lorsqu'il n'y a pas le dispositif de l'invention > et par la surface entre la courbe (46) et le vitrage, lorsque le dispositif de l'invention fonctionne. Pour matérialiser une application de l'inventison, on se rapportera à la figure 8 où on a représenté une baie vitrée (48) similaire à celle qui est représentée aux figures 6 et 7. Effet Coanda se réalise de la même façon en présence d'un rideau (49). Un convecteur (50) assure le chauffage de la pièce. REVENDICATIONS 1. Procédé d'isolation thermique de parois de locaux par circulation d'une veine d'air parallèle aux parois et au voisinage de celleyci, c a r a c t é r i s é par le fait que de l'air frais est canalisé et soufflé en nappe ou veine rasante appliquée sur la surface interne de la paroi par un diffuseur répartiteur apte à y développer l'effet Coanda. 2. Dispositif d'isolation permettant d'appliquer le procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait ,qulon prévoit l'admission d'air frais dans un diffuseur répartiteur, en limite de chaque paroi froide, présentant une fente (37) sur la largeur de ladite paroi, fente qui débouche à une faible distance de cette paroi. 3. Dispositif d'isolation, tel que défini dans la revendication 2, c a r a c t é r i s é par le fait que la fente présente un profil en venturi et des raidisseurs (38), parallèles à l'écoulement de l'air et reliant les deux parois de la fente (37). 4. Dispositif, tel que défini dans la revendication 2, c a r a c té r i s é par le fait que l'air frais rasant les parois froides est de l'air neuf prélevé à l'extérieur et normalement destiné au renouvellement de l'atmosphère intérieure. 5. Dispositif, tel que défini dans la revendication 2, c a r a c t é r i s é par le fait que l'air frais rasant les parois froides est de l'air ambiant refroidi par l'évaporateur (23) d'une pompe à chaleur dont le condenseur (26) participe au chauffage. 6. Dispositif, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s e par le fait que l'air neuf est admis par dépression naturelle ou mécanique entre l'intérieur et l'extérieur en venant du haut de la paroi. 7. Dispositif, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que l'air neuf est admis par soufflage à l'aide d'un ventilateur (16), (171), (172) déterminant la lame d'air. 8. Dispositif, tel que défini dans la revendication 5, c a r acté r i s é par le fait que l'évapo- rateur (?3) est couplé à un ventilateur (28) pour souffler au moins une nappe rasante d'air frais le long des parois tandis que le condenseur (26) restitue la chaleur à un appareil de chauffage tel qu'un aérotherme, notamment. 9. Dispositif, tel que défini dans la revendication 8, c a r a c t é r i s é par le fait qu'on prévoit plusieurs pompes à chaleur disposées de la même façon dans un même local. 10. Dispositif, tel que défini dans la revendication 8, c a r a c t é r i s é par le fait qu'une seule pompe à chaleur alimente plusieurs réseaux par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur.