Brevet FR2658548A1 — publié le 19910823

FENETRE A EFFET PARIETO-DYNAMIQUE AMELIORE La présente invention concerne l'isolation des parois d'un local utilisant la circulation de l'air le long de la paroi, technique connue sous le nom d"'isolation pariéto-dynamique" et plus précisément celle qui utilise l'effet Coanda pour faire circuler l'air le long de la pa- roi. L'isolation thermique des locaux du type pariétody- namique à effet Coanda a été décrite par exemple dans le brevet français FR 2 528 473 Cette technique permet avec des moyens simples d'abaisser la température de la surface extérieure de la paroi tout en chauffant l'air qui circule le long de la surface intérieure de cette même paroi. L'abaissement de la température de surface externe diminue les échanges thermiques avec l'extérieur tandis que l'abaissement correspondant de la température de surface interne est totalement compensée par l'échauffement de l'air On constate donc seulement une diminution des dé- perditions calorifiques Cette technique a néanmoins ses limites puisque malgré l'effet Coanda, les filets d'air en mouvement finissent par se détacher de la paroi si bien que la distance sur laquelle l'échange se produit est limitée, il s'ensuit que toute la surface de la paroi ne peut par- ticiper au phénomène et que l'amélioration de l'isolation thermique de la paroi reste limitée D'un autre point de vue, si le procédé permet de limiter les déperditions il ne constitue pas en soi un moyen de chauffage Le but donné à l'invention est d'élargir le domaine d'utilisation du pro- cédé connu pour améliorer l'isolation tout en fournissant un moyen d'apporter des calories au local. L'invention propose donc un procédé et un dispositif pour l'isolation thermique de parois de locaux par 2 2658548 circulation d'air grâce à l'effet Coanda le long de la surface interne de la paroi dans lequel l'air subit préalablement un chauffage additionnel Dans une variante ce chauffage préalable est produit par la circulation de l'air provenant de l'extérieur entre la surface externe de la paroi et une deuxième paroi, parallèle à la première du côté extérieur. Dans une deuxième variante, 1 ' échauffement de 1 'air est obtenu par un moyen de chauffage indépendant Dans une au- tre, la surface longée par l'air grâce à l'effet Coanda est chauffante et permet donc également d'élever la température de celui-ci. Selon l'invention, toutes les parois sont avanta- geusement constituées de matériaux transparents tels que le verre Le chauffage de la paroi s'il a lieu est alors pro- duit par une couche mince conductrice plus ou moins trans- parente qui peut avantageusement comporter des métaux et/ou des oxydes métalliques transparents éventuellement conduc- teurs et qui sont alors de préférence déposés par pyrolyse de poudres organométalliques La couche est au contact de 1 ' air de la double paroi du côté de la paroi intérieure dirigé vers l'extérieur du local et a une émissivité infé- rieure à 0,40. Les figures et la description qui suivent permettront de mieux comprendre le fonctionnement de l'invention. La figure 1 représente schématiquement une bouche d'entrée d'air qui permet à l'air de renouvellement de longer la surface interne d'une paroi. La figure 2 montre la combinaison dans une même fenê- tre, de deux effets pariéto-dynamiques, celui de la double paroi et l'effet Coanda. La figure 3 schématise l'effet Coanda sur un double vitrage chauffant. La figure 4 montre un dispositif d'essai de fenêtres. Sur la figure 1 qui représente l'adaptation du système Coanda à l'isolation pariéto-dynamique on voit une paroi 1 par exemple en verre, montée dans un châssis 2 par l'in- termédiaire d'un mastic qui reste plastique 3 et d'une parclose 4 fixée par des moyens non représentés Uîne entrée d'air 5 permet à l'air extérieur destiné & renouveler l'atmosphère du local de pénétrer dans celui-ci sous l'action d'une différence de pression obtenue en général par un système d'aspiration central qui agit le plus sou- vent sur plusieurs locaux, toutes les pièces d'un logement par exemple L'originalité du système Coanda, connu en soi, réside dans la conception du déflecteur 6 en tôle ou en matière plastique, il canalise sur toute la largeur du panneau 1, l'air admis Ce déflecteur se termine par une fente 7 et par un passage étroit 8 Les filets d'air issus du passage 8 longent la surface 10 de la paroi 1. Sur la figure 2 on présente une première variante d'un système selon l'invention On y voit une fenêtre en plas- tique 11 avec son ouvrant 12 et ses joints 13, 14 Elle est équipée d'un vitrage simple 15 monté avec des joints 16 et une parclose 17 sur des cales 18 Cet ouvrant est équipé d'un survitrage 19 porté par des profilés 20, il peut être ouvert pour permettre le nettoyage des faces internes des vitrages Dans la partie supérieure de l'ouvrant, on a fixé de manière amovible pour permettre la manoeuvre du sur- vitrage 19 un déflecteur 21 qui permet d'obtenir un effet Coanda sur la face 22 du survitrage 19 dirigée vers l'in- térieur du local Ce système est du même type que celui de la figure 1 La nouveauté ici réside dans le fait que l'air, avant de pénétrer en 23 dans le déflecteur 21 a circulé de bas en haut dans l'espace compris entre les vi- trages 15 et 19 Auparavant, l'air a traversé les orifices 24, 25 ménagés dans les profilés de l'ouvrant Comme pré- cédemment le mouvement de l'air, une première fois de bas en haut entre les deux vitrages 15, 19 et une deuxième, de haut en bas le long de la surface 22 est obtenu par l'ac- tion d'un système de ventilation central qui met tout le local en dépression légère par rapport à l'extérieur. On voit qu'ainsi l'air, avant d'entrer dans le conduit du déflecteur Coanda, a déjà subi un préchauffage en "lé- chant" l'intérieur du vitrage 19 Lors de son deuxième passage, de haut en bas il se charge une deuxième fois avec les calories extraites du vitrage 19 Le rendement du sys- tème pariéto-dynamique Coanda est ainsi amélioré par rap- port à celui du Coanda seul. Sur la figure 3, on a représenté la deuxième variante du système selon l'invention On y voit un châssis en bois 26 qui supporte un vitrage isolant 27 monté de manière classique dans le châssis 26 à l'aide de cales 28 de mastic 29 et de parcloses 30 dont les moyens de fixation ne sont pas représentés. Le vitrage 27 est équipé sur la face interne de son verre intérieur 31 d'une couche mince conductrice transpa- rente 32 alimentée en courant électrique par les amenées de courant 33 La couche 32 est constituée par exemple d'oxydes métalliques obtenus par pyrolyse de sels organométalliques d'étain pulvérulents déposés sur le verre chaud selon le procédé décrit dans le brevet français FR 2 427 141. L'air froid pris à l'extérieur du local pénètre au travers de l'orifice allongé 34 ménagé dans le châssis 26, il entre alors dans la canalisation du déflecteur Coanda 35 passe par la fente 36 pour traverser le passage étroit 37 avant de quitter le déflecteur au niveau de la lèvre 38. Les filets d'air suivent alors la surface du vitrage 31 Le vitrage 31 dont la température s'élève par l'effet Joule produit par le courant électrique au travers de la couche 32 présente un gradient de température important par rap- port à l'air provenant de l'extérieur qui lui arrache donc une importante quantité de chaleur Cette technique qui combine l'effet Coanda et un vitrage chauffant permet donc d'échauffer très sensiblement l'air qui pénètre dans le local Ceci améliore grandement le confort puisque les courants d'air froid sont moins importants mais, de plus, le système constitue à lui seul un moyen de chauffage qui peut, dans les régions tempérées o si les surfaces vitrées sont importantes, suffire, à lui seul, à chauffer le local considéré Un avantage secondaire est également associé à ce système: lorsqu'on transforme un vitrage isolant scellé en vitrage chauffant, l'élévation de température de la lame d'air intérieure fait croître la pression interne qui agit sur le collage des joints périphériques du vitrage et peut provoquer sa dégradation L'effet Coanda en limitant très sensiblement l'élévation de température du vitrage améliore notablement cet état de chose. Dans l'exemple précédent, les calories apportées à l'air extérieur le sont grâce à un vitrage chauffant mais, l'on resterait dans le cadre de l'invention en chauffant l'air avant sa sortie du déf lecteur Coanda par tout autre moyen tel que par exemple, une résistance électrique en forme de barreau, un tube à circulation d'eau chaude, etc Mais il est également possible, dans le cadre de l'invention, de réaliser une troisième variante qui est en réalité une combinaison des deux premières Elle consiste à reprendre le dispositif décrit figure 2 et à remplacer le vitrage interne 19 qui est un verre simple par un vitrage chauffant constituant une fenêtre chauffante telle qu'elle est décrite par exemple dans la demande de brevet français 89-03809 Le vitrage chauffant est alors "léché" deux fois par le courant d'air frais extérieur, une fois de bas en haut dans l'espace compris entre les deux vitrages et une deuxième fois de haut en bas par effet Coanda. Les avantages procurés par cette variante sont impor- tants: le double passage de l'air permet de diminuer sen- siblement la température du vitrage chauffant pour une puissance électrique donnée ce qui permet de maintenir un confort et un rendement importants malgré un apport calo- rifique, lui-même considérable Ceci permet, dans de nom- breux cas d'avoir comme seul moyen de chauffage du local, la fenêtre chauffante. Des essais comparatifs (I, II, III et IV) ont permis de mesurer ces avantages La figure 4 représente l'instal- lation utilisée Elle est à double enceinte, l'enceinte extérieure 39 étant séparée par un anneau de garde 40 de l'enceinte intérieure 41 Toutes les parois sont isolantes. L'enceinte intérieure est séparée en deux parties par une cloison 42 comportant la fenêtre à tester 43, celle-ci dont les dimensions hors tout sont 1,50 m x 1,05 m est équipée successivement de quatre systèmes différents: tout d'abord une combinaison du type de la figure 2 dans laquelle on a supprimé le déflecteur Coanda 21 et o l'on a fait passer directement l'air extérieur au travers de la traverse haute Mais on a équipé cette fenêtre d'un survitrage 19 qui est chauffant (Essai I) La deuxième combinaison est identique, mais avec déflecteur Coanda Là aussi, l'air pénètre directement en partie haute (Essai II) La troi- sième variante est une fenêtre chauffante avec circulation d'air de bas en haut dans la double paroi mais sans effet Coanda (le déflecteur est retiré, Essai III) Quant à la quatrième variante, elle combine, vitrage chauffant, cir- culation dans la paroi et effet Coanda (Essai IV) C'est elle qui est représentée sur la figure 4 Sur cette figure, la partie droite 44 de l'enceinte intérieure est isotherme à 70 C, sa température est maintenue constante grâce aux effets conjugués d'un évaporateur 45 qui fonctionne en permanence et d'une résistance chauffante 46 qui, grâce à une régulation proportionnelle, stabilise la température ambiante Sur la partie gauche 47, une résistance chauf- fante 48 permet, quand on le désire, d'effectuer une régu- lation de la température ambiante de ce côté là aussi mais à 200 C, cette fois. On voit par ailleurs un extracteur 49 qui permet de faire circuler de l'air de la partie froide 44 vers la partie chaude 47 de l'enceinte interne en lui faisant tra- verser la fenêtre en essais Au cours des essais des quatre combinaisons énumérées ci-dessus, le débit était d'environ m 3/h ce qui correspond à l'aération normale (un volume par heure) d'une grande pièce d'habitation De nombreuses mesures de température étaient effectuées pendant les es- sais En particulier: température extérieure de la paroi côté froid (en partie haute), température d'entrée de l'air froid, c'est-à-dire à l'entrée de l'enceinte 44 et de sor- tie de l'air (éventuellement réchauffé), c'est-à-dire à la sortie de la paroi à tester à l'entrée dans l'enceinte 47. Une sonde adaptée 50 permettait de plus d'effectuer des mesures de températures résultantes c'est-à-dire qu'elle prenait également en compte l'effet du rayonnement thermi- que. Au cours des essais le vitrage chauffant avait les dimensions suivantes: hauteur: 1,25 m largeur: 0,80 m Il était constitué d'un verre trempé d'épaisseur 4 mm équipé d'une couche d'oxyde d'étain dopé au fluor qui avait une résistance superficielle de 60 ohms par carré et une émissivité de 0,30. Pour chacune des quatre campagnes d'essais (I, II, III, IV), on commençait par stabiliser les températures dans les deux locaux 44 et 47 à respectivement 7 C et 20 C, cette stabilisation se poursuivait pendant une heure et trente minutes A la fin de cette période, la résistance 48 était déconnectée tandis que la régulation continuait à fonctionner dans la pièce 44 La campagne d'essais dé- marrait alors par l'allumage du chauffage du vitrage chauffant soumis à une puissance électrique de 600 Watts, les mesures étant effectuées, ici, après stabilisation d'une heure et demie. Les résultats pour les quatre configurations testées figurent dans le tableau ci-dessous. TABLEAU I l Entrée |Sortie |Temp | Temp | hauteur | {d'air |d'air jrésult 1 vitr id'échangel I I I Ifroid I (cm) I i I I i I I I I I I I I Essai I I I chauffant seul I 12 C I 13 C 23 C 32 C I I i_ _ i I i I Essai II Essaili I l II i I I chauffant + I I I Coanda l 12 C I ( 13 C) l23 C I 27 C l 80 i I I I I I Essai III I I I I I chauffant + I I I I I circulation I 8 C f 31 c 24 C 24 Cl I I I I I I Essai IV I I I I chauffant + I 8 C I ( 29 C)|25 o C J 23 C I 40 I circulation + I I I I I I Coanda I I I I I Pour l'essai II et l'essai IV, la température de sortie d'air est mise entre parenthèses car elle n'est pas signi- ficative puisque cet air s'échauffe ensuite par effet Co- anda (d'une manière impossible à mesurer) Cependant la valeur de 291 C de l'essai IV comparée aux 310 C de l'essai III montre que le vitrage chauffant est moins chaud lorsque l'effet Coanda fonctionne Dans la dernière colonne figure la fraction de la hauteur du vitrage chauffant mesurée à partir de son bord haut qui voit sa température modifiée par effet Coanda Elle est évidemment d'autant plus grande que l'air qui "lèche" la surface du vitrage est plus froid (ces mesures sont effectuées grâce à une caméra infra-rouge) Mais le résultat le plus significatif est celui de la température extérieure du côté froid de la fenêtre ("temp vitr froid"), plus elle est basse, plus faibles sont les déperditions L'amélioration apportée par l'effet Coanda apparaît nettement si l'on compare l'essai I ( 321 C) à l'essai II ( 271 C) d'une part et de l'autre, l'essai III ( 240 C) par rapport à l'essai IV ( 230 C) En effet, les déperditions du côté froid sont proportionnelles à la différence entre cette température et les 70 C de l'enceinte froide Elles ne sont plus, lors de l'essai IV qu'une faible part (de l'ordre des 2/3) de ce qu'elles étaient dans l'essai I. Les essais précédents montrent que l'association d'un chauffage de l'air et de l'effet Coanda apporte des avan- tages importants, que ce soit dans le cas d'une isolation pariétodynamique simple ou, a fortiori, dans le cas de cette même paroi associée à un vitrage chauffant on cons- tate en particulier dans ce dernier cas, que, comme la hauteur d'échange sur la fenêtre (mesurée à partir du haut) est plus faible ( 40 cm dans l'exemple IV au lieu de 80, dans l'exemple II) le confort n'est pas diminué En effet, si une personne se tient au voisinage de la fenêtre, les mouvements de l'air à sa hauteur seront moins importants et par ailleurs, comme d'une part, la température de la paroi interne est légèrement plus élevée dans l'essai IV que dans l'essai II et comme d'autre part, la surface non refroidie par effet Coanda est plus grande, l'effet global produit par le rayonnement thermique de la paroi sera sensiblement plus fort et la sensation de chaleur plus importante. REVENDICATIONS 1 Procédé d'isolation thermique de la paroi d'un lo- cal par circulation d'air grâce à l'effet Coanda le long de la surface interne de cette paroi, caractérisé en ce que l'air subit préalablement un chauffage additionnel. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air provient de l'extérieur et en ce qu'avant son introduction dans le local, il est chauffé préalablement par circulation entre la surface externe de la paroi et une deuxième paroi, parallèle à la première, du côté extérieur. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'un échauffement de l'air est provoqué par un moyen de chauffage indépendant. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de chauffage indépendant est intégré à la paroi qui est elle-même chauffante. Procédé selon la revendication 2 et la revendica- tion 4 dans lequel la paroi interne est chauffante. 6 Procédé selon la revendications 4 ou la revendica- tion 5, caractérisé en ce que l'élément chauffant est une couche conductrice. 7 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois sont constituées de maté- riaux transparents tels que le verre. 8 Procédé selon la revendication 6 ou la revendica- tion 7, caractérisé en ce que la couche conductrice est mince, transparente ou semi-transparente. 9 Procédé selon la revendication 5 et la revendica- tion 8, caractérisé en ce que la couche est au contact de l'air de la double paroi et a une émissivité inférieure à 0,40. Procédé selon la revendication 8 ou la revendica- tion 9, caractérisé en ce que la couche mince est une cou- che appartenant au groupe suivant: couche qui comprend des oxydes métalliques obtenus par pyrolyse de composés org- anométalliques notamment pulvérulents, couche de métal no- tamment d'argent, ensemble de couches comprenant au moins une couche de métal. il 11 Dispositif Coanda pour l'isolation pariéto-dyna- mique d'un local, caractérisé en ce qu'il comporte un sys- tème de chauffage additionnel de l'air. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que c'est la paroi elle-même qui est doublée et pré- chauffe l'air avant qu'il ne participe à l'effet Coanda. 13 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la paroi est chauffante. 14 Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendi- cations 11 à 13, caractérisé en ce que la paroi à effet Coanda est double, avec circulation d'air interne et chauffage du vitrage du côté intérieur du local. Dispositif selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce que c'est une couche mince résistante qui produit le chauffage de la paroi. 16 Dispositif selon la revendication 14 et la revendication 15, caractérisé en ce que la couche est apparente, du côté de la paroi intérieure dirigé vers l'extérieur du local. 17 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la couche a une émissivité inférieure à 0,40. 18 Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la ou les parois sont constituées d'un matériau transparent tel que le verre. 19 Dispositif selon une ou plusieurs des revendica- tions 15 à 18, caractérisé en ce que la couche est obtenue par pyrolyse d'un produit à base de sel organométallique. Couche selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte un oxyde d'étain dopé au fluor.