Brevet FR2671185A1 — publié le 19920703

Il éxiste à ce Jour un brevet qui couvre un procédé qui utilise la synthése de moyens connus et abouti a un systéme capable e mémoriser un trés grand nombre de mesure de températures et du- flux dans un temps relativement court. Ces mesures sent ensuite transférees dans un Centre de Traitement qui les gére au moyen d'un logiciel spécifique sur un ordinateur adapté à ce type d'éxácution. ae dispositif consiste â effectuer tous les relevés de températures et d'émissions qui se rattachent aux toitures des locaux chauffés C terrasses, rampants de toitures,etx..). C'est, en effet, précisément là que se réalise une part importante des tranferts de chaleur vers I'extérieur, ce dispositif s'applique, également, à toua les types de parois, (murs, cloisons, planchers..). ce dispositif éxistant contrôle les paramétres suivant . les les températures d'ambiance et de contact et le flux de cha- leur à travers la paroi, placher, toiture..considérée et à analyser Ce dispositif breveté présente un- avantage considérable sur tous les procédés éxistants, car il n'immobilise plus un ensemble technque coûteux, fragile et d'utilisation délicate. Ceci pendant la durée des enregistrement qui doivent s'áchelonner sur 5/7 jours, Si l'on veut recevoir et donner une valeur K précise, sérieuse, réelle, mais ce dispositif repose sur le développement théorique simplifié du calcul de la valeur K. Le présent brevet est donc destiné à éliminer toutes les sources dterreurs dans I'interprétation des diverses mesures de flux et de températures qui sont nécéssires pour calculer a valeur K de transmission- thermique d'une paroi, II détaille donc les données qui doivent être enregistrées afin d'obtenir une valeur K précise, ce qui n'était pas realisable avec le procésus détaillé dans le brevet cité dans le préliminaire. Il a, en effet, constaté que de nombreux paratres intervenaient dans cette valeur K et que Ieurs enregistre- ments imposaient des mises en oeuvre, des dispositifs précis qui font l'objet de ce présent brevet. Cette nouvelle procédure fait l'objet du présent brevet. Les données qui doivent intervenir dans la détermination de la valeur K de transmission thermique d'une paroi concernent : - l'inertie de la paroi, dûe à la masse de cette paroi, - les effets de l'ensoleillement direct et diffus sur la temperature de surface, les incidences de la vitesse du vents variable et instable, sur la valeur de Ta r-ésistance de surface extérieure, --la configuration du site qui peut engendrer des effets de turbulences et de venturi localisés, - le-s états de surface de la partie éxtérieure de la paroi, effet drailette, - les hétérogénéités longitutinales de la paroi considérée, -les pluies, numidité et évaporations, - il est, par contre, de prendre en considération les écarts de températures trop faibles entre l'extérieur et l'intérieur, il s'agit d'un effet parasitaire. Le breret actuel définit donc les procédures employées pour effectuer les dites mesures ans les conditions de précisions maximales; il détaille les matériels chosis, les plus performants, pour assurer un enregistrement conforme des diverses données et explique les raisons de ces constitutions, formes et buts de ces matériels. Ces données, ainsi enregistrées, sont prises en charge par le logiciel qui exploite donc chacune de ces données, en tenant compte des corrections de toute nature des aux effets perturbateurs définis ci-dessus : vent, ensoleillement, intertie, hétéogénéité, et, Le présent brevet constitue 'me application nouvelle de moyens connus, mais la combinaison,ainsi proposée dans le présent brevet combinaison nécéssaire à une détermination conforme de la valeur K na jamais été prévue, utilisée et conçue. Le présent brevet subsititue divers enregistrements de données au fluxmétre, ceci pour les raisons suivantes : difficultés de poses confome du fluxmétre, probléme d'adhérance dû à son importante surfaces risque d'erreurs dans les emissions du fait de sa fragilité et, enfin, ses émissions étant micro-volaiques, il faut donc, pour recevoir une donnée valable et interprétable utiliser un amplificateur, lui-même délicat et susceptible de se dérégler pendant la durée du régime permanent retenu - de 3 à 7 jours - et donc d'émettre des signaux d'intensité différente pour un même point de fixation donc source importante d'erreur, trés difficile à évitera à prévoir et à corriger. Il est donné à titre d'exemple non-limitatif un mode de réalisation en se- référant aux planches jointes au présent texte. Get exemple détaille un mode de réalisation éliminant les sources d'erreurs dans l'interprétation des mesures de températures. Get exemple résultet d'expérimentations des mesures de températures et de diverses données réalisées tant dans divers sites qu'à diverses a poques d'une même année Ces expérimentations ont smené à n'utiliser qu'une seule boîte d'acquisition de données par paroi contrôlée, pour éviter des des confusions dans les transmission de données lors de leur traitement en Contre de Traitement. La connextion aux différentes sondes steffectue par l'intermé diaire d'un combinateur cyclique établissant les connéxions sur un cycle court d'une minute environ, afin d'éviter les défauts de concomitance. Afin d'obtenir une valeur K précise, tenant compte des diverses conditions impératives détaillées ci-dessus, le dispositif, objet du présent brevet est constitué de la façon suivante : Cette description est donc donnée à titre d'exemple, non limitatif et efle constitue une mode de réalisation-type. Si le brevet cité en préambule retenait, pour la détermination de la valeur @, 5 (cinq) paramétres, le présent brevet fait reposer la valeur @ sur 9 (neuf) paramétres, c'est l'ensemble de ces 9(neuf) Paramètres qui constitue le dispositif breveté. Il convient donc de bien préciser ces 9 (neuf) paramétres et d'en définir les conditions d'enregistrement, tant dans le cadre de chaque sonde que dans celui de l'ensemble des (neuf) autres enregistrements, dont l'ensemble constitue le dispositif brev-é- té PREMIER PARAMETRE - I'INERTIE : le déphase entre la variation de température ambiante et la température de surface de la paroi concernée est obtenu par la difference de température entre la sonde 4 ( Fig.1,Pl.2/2) - température d'ambiance - et la sonde 12 (Fig.1,Pl.2/2) - température de surface, l'évolution des valeurs émises par ces deux sondes 4 et I2 parmettra de corriger les données lors de leurs exploitations pour la détermination du K L'inertie thermique Iiée à la masse des parois est tellement importante que le flux thermique entrant comporte un terme superpose à une composante cyclique de 24 heures, pour des écarts # T moyens de l'ordre de 10 à 200 ou plus on observe, selon les parois - isolées ou non - des flux de quelques watt/m2 ( 5 W/m2) à quelques dizaines de watt/m2 (W/m2). Il est donc indispensable que ces enregistrements "température ambiante r température de surface " soient effectués sur une période d'au moins 3/5 jours, le K variant, selon l'heure pour une même paroi de O > 5à 5. DEUXIEME PARAMETRE - l'ENSOLEILLEMENT : il est indispensable d' effectuer les mesures sur une durée minimale de 3 jours (précision de 5 % ) pour atteindre un-e précision de I %. 6/7 jours sont nécessaires en l'état du précédents brevet. Le présent dispositif breveté - afin de limiter cette durée qui entraine des coûts élevés (main-d'oeuvre, immobilisation du matériels, surveillance,etc..) - concerne un coffret ( 10/1 et son couvercle 10/2 - Fig.1. Pl.2/2 ) en tôle d'aluminiui d'environ Im x I m, dont la couvercle IC/I (Fig.1,Pl.2/2) est garni d'un isolant thermique Il ( Fig.1,Pl.2/2) qui est constitué d'une mousse polyuréthane de I cm environ, ou de tout isolant comportant les mêmes qualités Cè coffret est fixé sur la paroi à controler ( PC ,Fig.2,2 Pl.2/2 r sur sa surface surfacique ; il a une hauteur de 30cm environ, il est fermé sur trois face ( F1,F2,F3 I et 2, Pl. 2/2 ) , seuIe une de ses faces est ouverte, pournotre hémisphére : face NORD ( F4, Fig.2,Pl.2/2). A l'intérieur du coffret sont fixées la sonde d'ambiance C 4, Fig.1, Pl.2/2) et la sonde de contact (12, Fig.1, Pl.2/2) avec la paroi. Des perturbations importantes dans les températures de surface ces extérieures sont donc atténuées par ce pare-soleil, largement dimenationné qui est placé au-dessus des prises de tem- pératures, le disppsitif breveté sitne donc les sondes de températures à Irombre. Les écarts de températures seront perçus au niveau des sondes et négligeables, sauf cas particulier, que révélera l'analyse des enregistrements des sondes 4 et 12 (Fig.1,Pl.2/2), aussi le dispositif breveté prévoit-il une sonde d'ensoleillement dont les données enregistrées permettront de pratiquer automatiquement les légères corrections au stade final du calcul ( 15, Fig.1, Pl. 2/2). TROISIEME PARAMETRE - EFFETS DU VENT : les etudes faites par divers Laboratoires officiels ont révélé que, pour une paroi thermique trés mauvaise, le coéficient K pouvait varier de 5,55 à 7,14, soit prés d'écart. Il y-a a donc lieu de prendre en considération ce paramétre dans le calcul du coefficient K, les déterminations concernant, dans 99 % des cas, des parois thermiquement trés mauvaises. Le dispositif breveté prend en considération les vitesses moyen- nes qui sont seules représentatives des variations de températures de surface, la vitesse instantannée n'étant pas à retenir Pour obtenir cette valeur moyenne, le dispositif breveté est constitué par un déperditeur placé sur la paroi à mesurer (Fig.2,Pl.2/2), coffret en tôle d'aluminium dont le couvercle ( Il, Fig 1 & 2, Pl.2/2) est garni d'un isolant thermique de 2 cm - mousse de polyuréthane ou similaire - dont les pattes d'appuis ( 10/2, Fig 1 amp; 2, Pl.2/2) sont fixées sur la paroi à controler ( PC , FIG. 1 amp; 2,Pl.2/2). Ce coffret est ouvert sur ses quatre faces (4) -(F1,F2,F3,F4 Fig. 1 amp; 2, Pl.2/2) et il comporte à l'intérieur un boîtier où est fixé une sonde de température ( S1, Fig.2,Pl.2/2), une chicane anti-convection et anti-rayonnement (13, Fig.2;Pl.2/2) et l'autre coté de la chicane I3, une ampoule (14, Fig.2,Pl. 2/2) de 15 w qui fonctionnera durant toute la durée des enre gistrements des données Sur-ce boîtier C 12, Fig.2,Pl.2/2) est fixé un-e sonde de contact (S2. Fig.2,Pl.2/2) et dans le boitier, afin d'enregistrer les variations de températures dûes au vent, une troisiéme sonde thermque (S3, Fig.2,Pl.2/2). Le coffret est constitué d'une tôle mince, ce coffret permet ainsi de transposer la valeur trouvée dans le calcul K d-e la paroi à étudier. QUATRIEME PARAMETRE - CONFIGURATION DU SITE : les effets per turbateurs sont difficiles à définir pour chaque site, mais les coffrets, objets des deuxiéme et troisiéme paramétres éliminent les incidences dûes aux turbulences (10/1 amp; 10/2, Fig.1 & 2,Pl/2/2) tout au moins les rendre négligeables dans le cal cul du K. CINQUIEME PARAMETRE - ETAT DE SURFACE ; la forme de la face extérieure de la paroi joue un rôle non négligeable sur les parois à forts coéficients, car il peut augmenter de façon importante la surface réelle en communication avec l'air exté rieure,- la paroi voit,alors, sa surface de contact augmenter, c'est l'effet "ailette". Cet état de surface est donc pris en compte sous forme de coé ficient introduit dans la phase finale du calcul K. Une surface lisse sera affactée d'un coéficient I (un), une tôle ondulée d'un coéficient qui sera en rapport en.tre la surface développée et la surface frontale, la surface en gravillon aura un coéficient entre 1,2 et 1,3. SIXIEME PARAMETRE - HETEROGENEITE DE LA PAROI : il est le plus important > car 99 % C quatre-vingt dix neuf ) des cas la paroi n'est pas homogéne et présente des hétérogénéités thermiques locales, des ponts thermiques. Afin d'éviter, au maximum, les coûteuses thermographies, plus longues et délicates à effectuer, le dispositif breveté découpe en cinq (5) zônes la paroi concer née@ chaque zonz tenant compte Se la connaissance des lieux, chaque zône est équipée de trois (3) sondes ( 7/1,9/1,9/2,9/3, 9/1 donne la température intérieure d'ambiance, 9/2 la température intérieure de surface et 9/3 la température extérieure de surface. Il y a donc 5 ( cinq) zône équipées, chaque boitier (7/1, Fig.1 Pl.1/2), 7/2, 7/3, 7/4 et 7/5 concerne un point de la paroi, il est relié à un combinateur cyclique CI (Fig. It Pl.1/2) dont la cycle est de 10 (dix) minutes, la durée, pour chaque point des contacts/boitiers étant de 2 (deux) minutes, durée de chaque phase. ( C2 , Fig.1, PL.1/2). Les données ainsi successivement receuillies sont enregistrées dans la boîte d'acquisition (1, Fig. 1, Pl. 1/2) reliée à une boîte d'initiation ( 2, Fig.1, Pl.1/2) A ces clnq ( 5) zônes ainsi équipées, s'ájoutent- toujours dans l'in-situ - les données génerales, qui sont les memes pour les 5 C cinq) zônes et qui sont : la sonde de température extérieure ( 4,Fig.1,Pl.1/2), les 3 (trois) sondes de températures disposées dans le déperditeur (DI, Fig. 2, Pl.2/2), dispositif de mesure de la résistance extérieure, à savoir S1,S2 et S3 (Fig.2 Pl.2/2), une cinquiéme sonde relévera les températures d'ensoleillement (15, Fig.1,Pl.2/2). Ces cinq (5) sondes dont les enregistrements seront, également, éffectués toutes les dix (10) minutes, seront reliées à la boite d'acquisition 1 (Fig.1,Pl.1/2) et à la boîte d'initiation 2 ( Fig.1,Pl.1/2). i des différences importantes étaient enregistrées entre les 5 (cinq) zones, il conviendra, alors, d'envisager la thermographie de la parois de façn à obtenir une valeur K précise. SEPTIEME PARAMETRE - PLUIE,HUMIDITE,EVAPORATION : la température de la pluie peut être trés différente de celle de pair, de meme que l'évaporation dépend de l'humidité relative de l'air extérieur, c'est une des raisons, en période de grandes variations athmosphérique, de prolonger la durée du régime permanent retenu, l'ensemble des dispositifs, objet du présent breveta assurant un résultat précis. HUITIEME PARAMETRE - LES ECARTS DE TEMPERATURES ENTRE L'INTE RIEUR ET L'EXTERIEUR r Si la différence de température entre l'intéreiur et l'extérieur est faible, le flux calorique sera faible; il est donc important, dans ce cas, de prolonger la durée du régime permanant fixé sur les enregistreurs et choisir un matérial de précisions quitte, dans ce cas, à les relier a des amplificateurs; des expériences trés concluantes ont établi la valeur de ce montage. C en uin au CETIM, Senlis ) Il faudra, dans ce cas, tenir compte de la résistance propre aux sondes elles-mêmes, elle sera définie, dans tous les cas dans la structure de la sonde Ces HUIT PARAMETRES représentent 8.000 (Huit mille) enregistrements, enregistrés par groupe de 20 ( vingt) aboutissant à 400 quatre cents) mesures, stécfielonnant sur 3 (trois) jours environ et qui sont utilisées par le LOGICIEL qui les exploitera en tenant compte des c-orrections dûes aux effets perturbateurs, et dont les dits effets sont corrigés par Ie dispositif du présent brevet.C'est par une utilisation précise du dit dispositif breveté que toutes les données enregistrées correspondront trés éxactement aux impératifs nécéssaores à une détermination de la valeur E absolument conforme. REVENDICATIONS 1.-Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de valeurs K de transmission thermique d'une paroi et caractériséesen ce que l'ensemble des données externes, impératives et suffisantes, à cette détermination précise de la valeur K, est centralisé sur la face externe de la dite paroi. tes enregistrements externes étant, évidemment tous liés à ceux des données internes, à savoir la température d'ambiance interne ti et la température de surface intérieure tsi. 2F- utilisations d1 enregistreurs de données pour les déterminations de la valeur , seIon revendication I, caractérisées par le fait que, pour la défermination précise de la valeur K de la paroi concernée, HUIT données externes sont enregistrées données nécessaires et suffisantes, enregistrements qui concernent r l'inertie de la paroi, la vitesse du vents l'ensoleille- ment, la configuration du site > l'état de surface de la partie extérieure de la paroir la procédure employée pour effectuer les mesures, l'hétérogénéité de la paroi, les pluies, humidité évaporations et l'écart de température entre la face interne et la face externe de la paroi. 3.- Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de la valeur K, selon revendications I et 2 > caractérisées par le fait que deux boîtiers sont disposés pour l'enregistrement conforme des huits données L'un est fixé sur la partie externe de la paroi le second peut ne pas etre fixé sur la face externe de la paroi, mais il doit être installé à proximité de la dite paroi et dans les mêmes conditions climatiques, atmosphériques que la dite paroi. 4,- Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminafions de la valeur K > selon revendications 1,2 et 3 , caractérisées par le fait que te premier bouter BI - en tôle d'alu- minium de Im- x Im - est placé au dessus des sondes de prises de températures, Te température de l'air et Tse température de surface de la paroi ce boitier, d'une hauteur moyenne de 0,30 m est fermé sur ses faces est-sud-ouest et saface supérieure est recouverte d'une mousse de polyurethane de I cm, il est fixé sur la paroi. 5.- Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de la valeur K, selon revendications It 2 et 3, caractérisées par Ie fait que le second boîtier, qui se comporte comme un déperditeur, a toutes ses faces ouvertes afin drenne gistrer tous les effets du vent - il doit être fixé sur de so- lides pattes d'appuis - en tôle d'aluminium il est, en sa partie supérieure, recouvert de 2 cm de mousse polyurethane, il se comporte comme un local trés mal isolé, il est complété par une boite étanche, de taie nue de 5/10 oW sont disposées une ampoule de 15 x et une chicane anti-convection et anti-rayonnement, B3. 6*- Utilisations d'enregistreurs de données pour les détermimations de la valeur K, selon revendications 1, 2, caractérisées par Le fait que la mémorisation des mesures des huits paramétres, nécéssaires et suffisants, repose sur une boîte d' acquisition de données capable dtenregistrer 8000 valeurs, boîte objet d'une brevet délivré, Si la paroi a été découpée en cinq zone, compte-tenu de l'impor- tance de sa surface, par exemple, le nombre de mesures â un instant donné, est évalué comme suit, ce processus constituant une utilisation minimale, mais suffisante, pour une déter mination précise de la valeur K de la dite paroi a pour chacune des cinq zones, proposées en exemple,enregistre- ment des températures intérieures d'ambiance Tir et des temperatures intérieure de surface Tsi avec les températures exterieures Tse, soit, par zônes-types, 15 mesures enregistrées, ceci avec Ie premier boîtier B1. h) en données générales-, et avec le second boîtier B2, emregis- trement des températures extérieures : 3 (trois) températures dans le dispositif de mesure de la résistance de surface ex térleure et, ainsi quravec la sonde d'ensoleillement : soit 5 mesures, donc un total des mesures à un instant donné de 20 mesures enregistrées.Ces mesures enregistrées doivent être effectuées toutesles 10 minutes (dix) et le nombre de séries s'établira a 8000 / 20 = 400 séries de mesures enregistrées et donc la durée de ILoperation d'utilisations des enregistrements de donnees sera de 400 x 10 minutes = riOOCr minutes, environ, soit 3 (trois) jours, la boite d'acquisition devra avoir,au minimum cette capacité, elle conditionne la précision obtenue de Ia valeur K. 7*- ITtilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de la valeur K , selon revendications I, 2 , 3 et , caractérisées par le fait que, pour éviter des confusions dans les transmissions de données au @entre de Traitements il est prévu de n'utiliser qu'une boite d'acquisition de donnees par paroi a contrôler. La connection aux différentes sondes se fait par l'intermédi- aire d'un combinateur cyclique établissant les connections sur un circuit court d'une minute, afin d'éviter les défauts de concomittances. 8.- Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de la valeur K, selon revendications I, 3 , 4 et 5, caractérisées par le fait que les deux boîtiers ont des impératifs de constructions trés précis, impératifs qui sont les bases du brevet et qui appellent d'importantes applications industrielles et sont équipés de pates de fixations trés robustes afin que les dits bojilers puissent être solidement ancrés - pendant toute la durée des enregistrements sur la ( les ) paroi ( s) - que celles-ci soient horizontaIes ( terrasses ) ou verticales (murs ). 9.- Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de la valeur K, selon re@e@dications 1, 2 , 3, 5 et 8, caractérisées par le fait qu'il est nécéssaires, durant les opérations de mesures, que soient prises, non la vitesse ins tantanée du vent comme cela pourrait être fait avec un ané mométre, mais les vitesses moyennes du vent qui sont seules représentatives des variations de températures de surface. Aussi pour obtenir de bonnes conditions de fiabilité dans l'appréciation des effets du vent, le dispositif breveté place, dans Ie boitier B2, une boite B3, étanche et en tole nue de 5/10, dans laquelle est branchée une ampoule de 15w, la paroi à contrôler est donc constituée par cette simple tôle mince. Les résistances de surface Joueront un rôle prépondérant et leurs déterminations, leurs enregistrerrents suivant les sondes SI - température interne -, S2 -température de surface - et @3 - température exterieure - s'effec- tueront parfaitement. La boite BT est complétée, intérieurement par une chicane anti-convection et anti-rayonnement. Il suffira, alors, de transposer ces valeurs enregistrées dans le calcul de la paroi à étudier. 10.- Utilisations d'enregistreurs de données pour les déterminations de valeur K de transmission thermique d'une paroi, selon revendications I, 2, 6, T et 9, caractérisées par le fait que le logiciel de traitements du K utilise les 400 séries de mesures composées chacune des 20 points définis dans le brevet, cela par l'exploitation des corrections dûes aux effets perturbateurs défnis au présent brevet, tels : vent, epsoleil- lement, inverties hétérogénéité. ce brevet apporte un applicafion indutrielle trés importante et apporte une solide solution et progrés en l'état actuel de la technique de calcul de la valeur K.