Brevet FR2566985A1 — publié le 19860103

L'invention concerne des panneaux chauffants électriques permettant de réaliser des installations de chauffage intégrées dans des planchers ou dans les parois d'une construction. Elle trouve des applications dans la construction des immeubles à usage d'habitation ou professionnel ainsi que dans les domaines très variés tels que ceux de l'élevage d'animaux ou de la culture maraîchère. De nombreuses techniques ont déjà été proposées et utilisées pour réaliser ce mode de chauffage électrique. Un procédé connu consiste à dégager de la chaleur par effet joule au moyen d'un câble électrique ayant une résistance ohmique de forte valeur, isolé ou non, noyé dans une dalle de béton au moment de la construction et alimenté en 110 ou 220 V efficace, (réseau EDF). Ce procédé présente les inconvénients dus notamment à des défauts d'isolement ou à des ruptures du circuit chauffant provoquées lors de la pose ou ultérieurement par des fissures dans la dalle de béton. On a aussi proposé dans le brevet français nO 2511.485 des installations de chauffage électrique dans lesquelles le dégagement de chaleur par effet joule est provoqué par le passage d'un courant dans l'épaisseur d'un béton électriquement résistant (par ex. une dalle) comportant des faces conductrices parallèles reliées chacune à une borne d'une source de basse tension électrique. Les installations ainsi réalisées présentent les inconvénients dts aux fissures dans la dalle de béton lesquelles vont s'opposer au passage du courant en raison de la discontinuité de la résistance électrique. En outre, on peut craindre à long terme une désagrégation du matériau par électrochimie. L'invention pallie à ces inconvénients. Elle a pour but de procurer une installation de chauffage électrique réalisée au moyen de panneaux chauffants très fiables, bon marché et ne nécessitant pas d'entretien. Elle a pour objet une installation de chauffage électrique réalisée au moyen de panneaux fabriqués in situ ou préfabriqués qui utilisent directement les composants habituels mis en oeuvre dans l'industrie du bâtiment. En particulier l'élément chauffant est conformé pour constituer les armatures du béton armé conférant aux panneaux leurs propriétés mécaniques. Chacun des panneaux chauffants du type à résistance électrique noyée dans un matériau rigide isolant et comportant des moyens de liaison à une source d'énergie électrique comprend au moins un élément conducteur rigide choisi pour présenter uné très faible valeur de résistance ohmique, et conformé pour jouer le rôle d'armature de renforcement mécanique du panneau. Avantageusement, l'armature conductrice serpente régulièrement dans l'épaisseur du panneau de manière à assurer une répartition homogène de la chaleur sur la face utile du panneau chauffant. Suivant l'application recherchée, cette armature est noyée dans une masse en béton ou en matière plastique comme, par exemple, du polyester. Le matériau constituant l'armature métallique et le dimensionnement de cette armature sont choisis en fonction des propriétés mécaniques et électriques requises. Avantageusement, le panneau est réalisé en béton et l'armature rigide est constituée par les fers habituellement incorporés pour conférer aux panneaux des propriétés mécaniques déterminées. Pour obtenir l'effet thermique recherché, les fers à béton disposés de manière à former un circuit continu sont alimentés en courant électrique alternatif à très basse tension (12 à 50 V eff.) au moyen d'un transformateur dont le primaire est connecté sur le réseau local de distribution d'énergie électrique. Pour réaliser le circuit chauffant, il est prévu d'assembler les éléments linéaires de fer, bout à bout, au moyen de soudures (autogène ou électrique) de manière à formerun circuit continu dont les deux extrémités sont ramenées au point de raccordement prévu avec le transformateur. Le béton est ensuite coulé pour enrober complètement le réseau chauffant, de telle sorte qu'il se trouve noyé approximativement à mi épaisseur du panneau. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention seront précisés dans l'exposé qui suit, en référence aux dessins annexes qui représentent Figure la et lb : une vue respectivement en plan et en coupe d'un panneau destiné à être disposé sur le sol. Figure 2 : une première variante de réalisation comprenant trois panneaux ayant chacun une puissance de chauffe piffé rente. Figure 3 : une deuxième variante de réalisation comprenant trois panneaux ayant chacun une puissance de chauffe diffé rente et une mise en fonctionnement individuelle. Figure 4 : une troisième variante de réalisation comprenant deux réseaux chauffants superposés dans l'épaisseur du panneau. Figure 5 : une installation comprenant des panneaux chauffants jux taposables pour des serres ou des chassis de culture. Dans l'exemple de réalisation représenté figures la et lb, un panneau chauffant 1 comprend un conducteur électrique 2, constitué par un fer d'armement noyé dans une chape de béton 3 et déterminé pour conférer au panneau ses propriétés mécaniques recherchées. Le béton utilisé est un 3 béton de type courant, constitué de ciment CPA dosé à 350 Kg/m et de granulat de sable de rivière. Dans cet exemple, le panneau chauffant est une chape flottante supportée par une couche d'isolant thermique et/ou phonique 31 disposée sur une structure porteuse Le conducteur 2, disposé en accordéon, serpente régulièrement avec un pas 7 de 0,5 m environ, dans la masse de béton 3, et ses deux extrémités 4 et 5 sont respectivement connectées aux bornes de l'enroulement secondaire d'un transformateur abaisseur de tension 6. La longueur du conducteur est de 70 m et son diamètre 6 mm. La résistance ohmique du circuit électrique est de 0,42)L. Alimenté sous une tension de 30 V eff., le circuit dissipe 2 000 W compte tenu de l'augmen 2 tation de la résistance ohmique dûe à la température, soit 35 W/m2 appro- ximativement. Une première variante de réalisation, figure 2, comprend 3 panneaux 10, 11, 12 ayant chacun une puissance de chauffe différente, obtenue en réglant le pas 13 du conducteur 14. Le conducteur de chaque panneau est relié à celui du panneau voisin au moyen d'une soudure 15, autogène ou électrique. Cette soudure n'est pas nécessaire si le bétons constituant les trois panneaux, est coulé en une seule fois. Cette variante de réalisation pourrait s'appliquer au chauffage domestique en fonction de la destination des pièces d'un appartement : par exemple, le panneau 10 pourrait être le sol d'une salle de séjour, le panneau 11 celui d'une salle de bain, le panneau 12 celui d'une chambre. Une troisième variante de réalisation figure 3, comprend trois panneaux 20, 21, 22 identiques à ceux proposés dans la deuxième variante de réalisation mais le circuit de chauffage de chaque panneau peut être mis en service séparément au moyen d'interrupteurs 23, 24, 25. Dans cette réalisation, le transformateur 26 a trois enroulements secondaires. Les figures 4a et 4b, illustrent une troisième variante de réalisa tion présentée respectivement vue en plan et en coupe et qui comprend deux réseaux chauffants superposés 30 et 31 disposés dans le mme panneau 32. Les deux réseaux sont entretoisés avec des cales isolantes 33, réalisées en bois par exemple, utilisées lors de la pose. Cette réalisation trouve des applications aux panneaux dont les propriétés mécaniques doivent être identiques dans deux directions. La figure 5 illustre une installation comprenant des panneaux chauffants juxtaposables. Elle est présentée comme une application au chauffage des serres et des chassis. Le fer d'armement 40 de chaque panneau 41, est relié au fer du panneau suivant, au moment de la pose, au moyen d'une soudure autogène 42. Le conducteur de retour 44 relié à une borne du secondaire du transformateur 43 est réalisé avec un fil de cuivre de section adéquate. Si les panneaux sont destinés à être posés sur le sol, il est préférable d'interposer du polystyrène entre le sol et les panneaux. Dans ces exemples de réalisation, il est toujours possible d'ajusteur la tension appliquée sur le réseau chauffant en fonction de la résistance ohmique du circuit réalisé, soit pour obtenir la puissance désirée, soit au contraire, pour l'ajuster aux conditions locales observées. La puissance dissipée dans le panneau est déterminée suivant l'utilisation recherchée : chauffage d'appoint, chauffage principal ou chauffage de confort (réchauffage d'un carrelage). I1 faudra aussi tenir compte de l'isolement thermique de la construction réalisée. Par exemple, pour la réalisation d'une dalle de béton d'épaisseur 7 cm, isolée du sol par une couche de polystyrène de 5 cm d'épaisseur, la puissance dissipée qui est d'environ 35 W/m est suffisante pour réchauffer un carrelage et porter sa température autour de 180C. La détermination de la résistance ohmique du circuit chauffant est obtenue au moyen de la formule connue R =et/s, formule dans laquelle R est la résistance du circuit chauffant, e est la résistivité du fer à 6 2 béton (environ 15.106JL/cm/cm2 à O C) ss est la longueur du circuit, s est la section du fer. Un circuit réalisé avec du fer à béton de diamètre 6 mm ayant 70m de longueur présente alors une résistance électrique de 0,4L. Avec des fers de diamètre double, la résistance ohmique serait 4 fois plus faible et pour dissiper la même puissance, c'est-à-dire pour obtenir le même effet thermique, il conviendrait d'alimenter le circuit avec une tension deux fois plus faible. La tension d'alimentation du réseau chauffant est déterminée par 2 la relation P = U2/R, formule dans laquelle P est la puissance dissipée, U est la tension efficace au secondaire du transformateur, R est la résistance ohmique du circuit chauffant. Connaissant U, P et R, le transformateur peut être défini. I1 est possible de réguler la température du panneau à l'aide d'un thermostat placé en série dans le circuit d'alimentation de l'enroulement du primaire du transformateur. Dans la pratique, cette régulation n'est pas toujours nécessaire. I1 est souvent préférable de déterminer la puissance optimale adaptée au but recherché (chauffage principal, appoint, confort). Ce paramètre peut d'ailleurs être recherché expérimentalement après la réalisation au moyen de prises sur le secondaire du transformateur. Parmi les nombreux avantages de ce type de chauffage, il faut souligner l'absence de danger d'électrocution du fait de l'utilisation d'une alimentation à très basse tension (max. 50 volts). En outre, grâce à l'utilisation d'un tranformateur, il n'y a pas de risque de perte d'énergie électrique par dérivation vers la terre. Par ailleurs, la faible résistance ohmique du circuit chauffant rend la présence éventuelle d'humidité dans le béton sans inconvénient sur le fonctionnement. Enfin, le fer à béton étant très robuste, d'éventuelles fissures dans la dalle ne peuvent pas provoquer de rupture du circuit électrique. D'autre part, compte tenu du diamètre important de l'élément chauffant, de sa masse, de celle du béton et de l'évacuation des calories par conduction, convection et rayonnement, la température du circuit chauffant reste faible (inférieure à 500C) contrairement à celle des fils chauffant habituellement utilisés. Ceci est particulièrement avantageux car, d'une part les propriétés mécaniques du fer ne sont pas altérées, d'autre part, il n'y a pas de problème de dilatation relative entre le béton et le fer, ni de tenue du béton à la température. Ce nouveau moyen de chauffage est donc très fiable, propre, ne nécessite pas d'entretien et ne présente aucun danger. I1 contribue, avec un bon rendement, au chauffage des habitations. Son utilisation est très souple, et permet par exemple, d'assurer un chauffage dsentretien en cas d'absence prolongée ou la mise en service par télécommande. Ce procédé de chauffage peut être mis en oeuvre pour le chauffage des serres et des chassis de culture. La présence d'humidité nécessaire à la végétation étant sans inconvénient sur le fonctionnement. Les dalles chauffantes préfabriquées sont alors posées sur une feuille en matériau isolant thermique et recouvertes de terre végétale. REVENDICATIONS 1- Panneau chauffant composite (1) de type à résistance électrique noyée dans un matériau rigide isolant et comportant des moyens de liaison à une source d'énergie électrique, caractérisé en ce que la résistance électrique est constituée par au moins un élément conducteur (2) conformé pour jouer le rôle d'armature de renforcement mécanique du panneau. 2- Panneau chauffant composite (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément conducteur (2) formant l'armature est conformé selon un serpentin et présente une résistance ohmique de très faible valeur. 3- Panneau chauffant composite (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'armature est noyée dans du béton. 4Panneau chauffant composite (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'armature est noyée dans un matériau plastique. 5- Panneau chauffant composite (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'armature est constituée par des fils métalliques. 6- Panneau chauffant composite (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'armature est constituée par des fers à béton (2). 7- Panneau chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 i 6 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs armatures (30, 31). 8- Installation de chauffage électrique caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un panneau chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et des moyens de connection à une source électrique à basse tension. 9- Installation selon la revendication 8 caractérisée en ce que le panneau chauffant est supporté par une couche de matériau isolant. 10- Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 9 caractérisée en ce que les panneaux chauffants sont constitués d'éléments préfabriqués assemblés.