Brevet FR2768827A1 — publié le 19990326

La présente invention concerne un dispositif permettant la détermination de certains paramètres pour le dimensionnement d'un plancher chauffant, notamment un plancher chauffant basse température. Les premières installations de planchers chauffants réalisées il y a environ trente ans n'ont pas donné satisfaction à cause d'un problème de conception et de l'absence de réglementation. À partir d'un débit fixé à priori, on calculait une longueur de tube, généralement assez faible, qui conduisait, pour obtenir l'émission calorifique souhaitée, à un plancher chauffant à très grand pas o circulait de l'eau à haute température qui générait un mauvais niveau de confort. Sous l'effet à la fois de la nouvelle réglementation concernant la température du sol et d'une meilleure conception des surfaces chauffantes, on a aujourd'hui complètement inversé l'ordre des choses et on aboutit maintenant à des résultats, en matière de confort, de très haute qualité. Une installation de chauffage par le sol est conçue pour apporter à l'intérieur des locaux la puissance calorifique nécessaire pour compenser les déperditions et maintenir une température donnée par l'intermédiaire d'une ou plusieurs grilles par pièces en tubes en polyéthylène o circule un fluide caloporteur, en général de l'eau. Comme dans le cas du chauffage par radiateurs, il est nécessaire de déterminer préalablement et précisément les déperditions calorifiques des locaux. C'est une étape importante d'un projet dont dépend, pour une grande part, la qualité finale de l'installation. En revanche, les deux systèmes présentent une différence de conception très importante. Dans le chauffage traditionnel, les radiateurs font l'objet d'une fabrication industrielle standardisée conforme aux normes, qui se traduit par la mise à disposition de catalogues complets de sélection dimensionnelle des matériels en fonction des puissances requises. En plancher chauffant, le technicien doit concevoir et dimensionner lui-même les grilles chauffantes en fonction des caractéristiques des locaux, des différentes données thermohydrauliques de l'installation projetée et en respectant certaines contraintes dont la principale, d'ordre réglementaire, est de ne pas dépasser la température superficielle maximale admissible en tout point du sol de 28 C. Une fois que les déperditions, c'est-à-dire les besoins de l'installation, ont été définies, la méthode consiste à utiliser un logiciel installé sur un ordinateur pour calculer le débit devant circuler dans les grilles qui sont dimensionnées pour utiliser au maximum la surface disponible du local à chauffer. Le technicien qui dimensionne le plancher chauffant doit donc avoir une bonne expérience et de bonnes connaissances pour concevoir la grille chauffante, et il doit de plus disposer d'un ordinateur muni d'un logiciel spécifique pour la détermination de certains paramètres. La conception d'un plancher chauffant nécessite donc a priori les moyens dont dispose généralement un bureau d'études techniques. Or l'essentiel du marché des planchers chauffants est constitué par les maisons individuelles. Le plancher chauffant est alors généralement réalisé par un artisan, qui ne dispose pas des moyens d'un bureau d'études techniques. L'artisan s'appuie souvent sur le fabricant de matériel pour dimensionner son installation, mais il est aussi fréquent qu'aucun calcul ne soit fait. Dans ce dernier cas, l'installation est mal dimensionnée au détriment du confort de l'utilisateur et du bon fonctionnement de l'installation. La présente invention a pour but de fournir aux artisans installateurs de planchers chauffants, et éventuellement aussi aux techniciens de bureaux d'études, des moyens leur permettant de déterminer avec une précision suffisante les paramètres dont ils ont besoin pour dimensionner un plancher chauffant destiné à équiper un local. À cet effet, le dispositif qu'elle propose est un dispositif permettant la détermination de certains paramètres pour le dimensionnement d'un plancher chauffant, notamment un plancher chauffant basse température, le plancher chauffant comportant un tube dans lequel circule un fluide caloporteur, le tube étant noyé dans une dalle formant le sol d'un local à chauffer. Selon l'invention, le dispositif comporte: - un support fixe sur lequel est montée coulissante une première réglette, - une graduation permettant de repérer la position de la réglette par rapport au support, - deux ensembles comportant chacun deux réglettes, appelées réglette secondaire et réglette tertiaire, montées chacune coulissante par rapport à la première réglette et parallèlement à celle-ci, - une graduation associée à chaque réglette secondaire pour repérer la position de la réglette secondaire par rapport à la première réglette, - une graduation associée à chaque réglette tertiaire pour repérer la position de la réglette tertiaire par rapport à la réglette secondaire correspondante, et - une graduation associée à chaque réglette tertiaire pour repérer la position de la réglette tertiaire par rapport au support. Un procédé pour se servir d'un tel dispositif est décrit plus bas. On peut alors déterminer le débit de fluide caloporteur et le pas du plancher chauffant pour permettre un bon fonctionnement de ce dernier. Ainsi, le technicien ou l'artisan n'a plus besoin, dans les cas les plus courants, d'un ordinateur. Il rentre les valeurs dont il dispose manuellement et en déplaçant la première réglette obtient la valeur de débit nécessaire pour alimenter son plancher chauffant. Dans ce dispositif, les graduations utilisées sont avantageusement logarithmiques. Dans une forme d'exécution, la position de la première réglette par rapport au support est représentative d'un débit de fluide caloporteur à travers le plancher chauffant, la position des réglettes secondaire et tertiaire respectivement d'un premier ensemble de réglettes par rapport à la première réglette et la réglette secondaire respectivement sont représentatives des déperditions calorifiques du local à chauffer et de la température du fluide caloporteur entrant dans le plancher chauffant, la position des réglettes secondaire et tertiaire respectivement du second ensemble de réglettes par rapport à la première réglette et la réglette secondaire respectivement sont représentatives de la surface du local à chauffer et d'un coefficient thermique dépendant de l'isolation du plancher et du tube circulant dans la dalle, la position de la réglette tertiaire du premier ensemble de réglettes est représentative d'un coefficient de température, et la position de la réglette tertiaire du second ensemble de réglettes est représentative d'un coefficient thermohydraulique. La répartition des coefficients associés à une graduation peut changer. On peut par exemple avoir non pas une température de fluide, mais la différence entre cette température et la température ambiante. D'autres coefficients peuvent aussi être modifiés. Lorsque les graduations correspondent aux coefficients indiqués ci-dessus, alors, de préférence, les graduations correspondant au débit, aux déperditions, à la surface, au coefficient thermique, et au coefficient thermohydraulique sont telles que la distance y correspondant à une valeur x, de l'origine de la graduation est donnée par la formule y=log(x), tandis que pour la température du fluide caloporteur entrant dans le tube, la formule est y=log(x-0), O étant une constante, et pour le coefficient de température, la formule est y=log(1-e-X), e étant la base des logarithmes népériens. Pour un gain de place et un encombrement réduit du dispositif, les deux réglettes secondaires sont placées l'une à côté de l'autre et coulissent le long d'un même axe, tandis que les deux réglettes tertiaires sont placées l'une à côté de l'autre et coulissent le long d'un même axe, parallèle à l'axe de coulissement des réglettes secondaires. Il est alors plus facile d'emporter ce dispositif et de l'avoir ainsi toujours à la portée de la main. Dans une forme de réalisation, les graduations permettant de repérer les positions de la première réglette et des réglettes tertiaires par rapport au support sont placées sur le support, les graduations permettant de repérer les positions des réglettes secondaires par rapport à la première réglette sont placées sur la première réglette, et les graduations permettant de repérer la position des réglettes tertiaires par rapport aux réglettes secondaires sont placées sur les réglettes secondaires, des repères faisant face à ces graduations étant prévus sur la première réglette et sur les réglettes secondaires et tertiaires. Pour compléter ce dispositif, le support comporte avantageusement au moins un tableau sur lequel peut être lu au moins une valeur servant à la détermination des paramètres pour le dimensionnement du plancher chauffant. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, représentant à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, et Figures 2 et 3 sont des vues de dessus, à échelle agrandie, du dispositif de la figure 1 à deux étapes différentes de la détermination de paramètres pour le dimensionnement d'un plancher chauffant. Le dispositif représenté au dessin permet de déterminer divers paramètres permettant par la suite le dimensionnement d'un plancher chauffant, notamment un plancher chauffant à basse température. Un plancher chauffant (non représenté au dessin) comporte essentiellement un tube, généralement en polyethylène, noyé dans une dalle en béton et parcourant la surface d'un local en faisant des boucles régulières d'un pas donné. La dalle est ensuite recouverte d'un revêtement comme par exemple du carrelage, du parquet ou de la moquette. De l'eau chaude circule dans le tube. Un échange de chaleur se produit et permet alors un chauffage du local. En général, l'installateur connaît ou sait apprécier les déperditions caloriques du local à chauffer, il connaît également la surface de celui-ci. De plus, la température de l'eau entrant dans le tube est connue car elle est imposée par le système de chauffage. Cette température est telle que le sol ne dépasse pas une température de 28 C. Enfin, le diamètre des tuyaux utilisés est déterminé par l'installation. L'installateur doit alors déterminer le débit de fluide caloporteur qui doit traverser le plancher chauffant ainsi que le pas, qui détermine la longueur de tube par unité de surface, de ce plancher. Le dispositif selon l'invention comporte un support plan 2, dans lequel est ménagé une rainure 4 recevant de manière coulissante une première réglette 6. La première réglette 6 est munie de quatre rainures 8. Ces dernières sont disposées sur deux lignes parallèles. Chacune de ces quatre rainures reçoit une réglette. Par la suite, nous appellerons réglette secondaire une réglette placée sur la ligne supérieure et réglette tertiaire une réglette placée sur la ligne inférieure. Il y a donc deux réglettes secondaires 10 et 12 et deux réglettes tertiaires 14 et 16. Des graduations et des repères sont prévus pour repérer la position relative des réglettes. A chaque graduation correspond ainsi un repère qui lui fait face. On retrouve ainsi une première graduation 18 sur le support 2 permettant de repérer la position de la première réglette 6 par rapport au support 2. Cette graduation 18 correspond à un débit de fluide caloporteur. Une seconde graduation 20 sur la première réglette 6 permet de repérer la position de la réglette secondaire par rapport à la première réglette 6. Cette graduation correspond aux déperditions caloriques du local à chauffer. Une troisième graduation 22 sur la première réglette 6 permet de repérer la position de la réglette secondaire 12 par rapport à la première réglette 6. Cette graduation 22 correspond à la surface du local à chauffer. Une quatrième graduation 24 sur la réglette secondaire 10 permet de repérer la position de la réglette tertiaire 14 par rapport à la réglette secondaire 10. Cette graduation 24 correspond à la température d'eau rentrant dans le tube du plancher chauffant. Une cinquième graduation 26 sur la réglette secondaire 12 permet de repérer la position de la réglette tertiaire 16 par rapport à la réglette secondaire 12. Cette graduation 26 correspond à un coefficient d'émission du plancher chauffant. Ce coefficient dépend du pas de pose du tube, de son diamètre et du revêtement recouvrant la dalle. Une sixième graduation 28 sur le support 2 permet de repérer la position de la réglette tertiaire 14 par rapport au support 2. Cette graduation 28 correspond à un coefficient de température requis, ou écart moyen requis (EMR). Une septième graduation 30 sur le support 2 permet de repérer la position de la réglette tertiaire 16 par rapport au support 2. Cette graduation 30 correspond à un coefficient thermohydraulique, ou écart moyen obtenu (EMO) (C). Sur le support 2 sont également disposés deux tableaux 32 et 34. Un premier tableau 32 permet d'obtenir la valeur du coefficient d'émission. Ce tableau est à triple entrée. Il comporte plusieurs lignes et plusieurs colonnes. Chaque ligne correspond à un pas pouvant être adopté pour un tube de plancher chauffant. Chaque colonne correspond à un type de revêtement de sol: carrelage (C), parquet (P), revêtement en matière synthétique (L), moquette (M). D'autres types de revêtement peuvent être choisis. Enfin, à chaque intersection d'une ligne avec une colonne, sont indiquées deux valeurs. Chacune d'elles correspond à un diamètre de tube. En général, dans cette application, seuls deux diamètres différents sont utilisés. L'autre tableau 34 est un tableau à deux entrées permettant d'obtenir la perte de charge correspondant à un plancher chauffant donné. Le dimensionnement d'une pompe pour faire circuler le fluide caloporteur dans un plancher chauffant dépend de deux paramètres: le débit et la pression qui est fonction de la perte de charge du circuit. Les graduations sont des graduations logarithmiques. Ainsi, la position d'une valeur x se trouve à une distance y de l'origine de l'échelle des valeurs (correspondant donc à une valeur unité) avec la relation y=log(x). Seules deux graduations répondent à une équation un peu différente. Il s'agit de la graduation 24 pour la température d'eau, o l'équation est y=log(x- ), Q étant une constante, et de la graduation pour l'écart moyen requis o l'équation est du type y=log(1-e-X), e étant la base des logarithmes népériens. Pour déterminer le pas d'un plancher chauffant et le débit d'eau correspondant à ce plancher chauffant, plusieurs étapes sont nécessaires. Elles sont expliquées ci-après en détail. Étape 1 La première réglette 6 est placée sur la valeur de débit maximal. On sait que le débit de fluide caloporteur, généralement de l'eau, se situe entre 50 et 350 1/h. On place donc le repère correspondant à la graduation 18 face à la valeur 350. Étape 2 La valeur des déperditions et la surface du local à chauffer sont généralement connus. Ces valeurs sont alors introduites en déplaçant les réglettes secondaires 10 et 12 jusqu'à ce que les repères correspondant respectivement aux graduations 20 et 22 se trouvent face aux valeurs respectivement des déperditions et de la surface du local à chauffer. Étape 3 La valeur de la température d'eau à l'entrée du plancher chauffant est généralement connue. Elle dépend de la chaudière et est telle que le sol du local à chauffer ne dépasse pas la température de 28 C. Cette valeur est introduite en déplaçant la réglette tertiaire 14 de telle sorte que le repère correspondant à la graduation 24 se trouve face à la valeur de la température d'eau. Étape 4 En fonction du revêtement du sol et du diamètre du tube utilisé, on choisit le coefficient d'émission dans le tableau 32 correspondant au pas le plus élevé. La valeur relevé dans le tableau est introduite à l'aide de la réglette tertiaire 16, de la graduation 26 et du repère correspondants. Étape 5 La réglette tertiaire 14 se trouve donc dans une position par rapport au support 2 qui correspond à un coefficient de température requis (EMR) qui est lisible sur la graduation 28 grâce au repère associé à cette graduation. De même, la réglette tertiaire 16 se trouve dans une position par rapport au support 2 qui correspond à un coefficient thermohydraulique, ou écart moyen obtenu (EMO), qui est lisible sur la graduation 30 grâce au repère associé à cette graduation. Le coefficient de température requis (EMR) est le coefficient qu'il faut atteindre, avec un débit donné du fluide caloporteur, pour pouvoir chauffer correctement le local. Le coefficient thermohydraulique ou écart moyen obtenu (EMO) est le coefficient que l'on obtient avec la surface de chauffage et les paramètres (pas, diamètre de tube, revêtement) que l'on a rentré. Pour que le plancher chauffant puisse fonctionner, il faut que le coefficient obtenu (EMO) soit supérieur au coefficient requis (EMR). La figure 2 montre un dispositif o toutes les réglettes sont en position au début de l'étape 5. Dans cet exemple, le débit (D) est de 350 l/h, les déperditions (Q) sont de 1000 W, la surface (S) du local de 16 m2, la température d'entrée (To) de l'eau dans le plancher chauffant de 35 C et le coefficient d'émission (CE) est de 5. On lit alors que le coefficient de température obtenu (EMO) est compris entre 15 et 20 tandis que le coefficient requis (EMR) est compris entre 10 et 15. Dans l'exemple donné, et dans les cas o l'écart moyen obtenu est supérieur à l'écart moyen requis, le plancher chauffant est bien dimensionné. On peut alors passer à l'étape portant le numéro 7. Dans le cas d'un écart moyen obtenu inférieur à un écart moyen requis, on passe alors à l'étape suivante portant le numéro 6. Étape 6 On choisit un pas pour le plancher chauffant inférieur. Pour la même surface, la longueur du tube chauffant sera plus importante. On obtient ainsi un écart moyen obtenu plus important. On retourne alors à l'étape 5. Étape 7 Pour enfin connaître la valeur de débit, on déplace la première réglette 6 jusqu'à ce que les écarts moyens obtenu (EMO) et requis (EMR) indiqués par les repères correspondants soient égaux. Lorsque l'égalité est atteinte, le repère correspondant à la graduation 18 du débit (D) se trouve face à la valeur de débit recherché. La figure 3, en partant de la position de la figure 2, montre le dispositif selon l'invention dans la position o les deux coefficients obtenu et requis sont égaux et valent chacun 30, tandis que le débit vaut alors 220. La personne dimensionnant le plancher chauffant connaît alors le débit de fluide caloporteur nécessaire pour un bon fonctionnement de l'installation. La pompe utilisée pour alimenter plusieurs planchers chauffants aura un débit égal à la somme des débits calculés pour chaque plancher chauffant. Un autre paramètre est également important pour le choix d'une pompe: c'est la hauteur manométrique. Elle correspond à la perte de charge du plancher chauffant ayant une perte de charge maximale à laquelle s'ajoutent les pertes de charge des équipements de production (chaufferie) et de distribution. Les indications pour déterminer la perte de charge du plancher chauffant sont portées dans le tableau 34. Ainsi, le dispositif décrit permet le dimensionnement de la pompe nécessaire pour alimenter une installation de chauffage comportant plusieurs planchers chauffants. À la base de ce dispositif, on retrouve une équation mathématique connue pour le dimensionnement des planchers chauffants. Cette équation est la suivante: S = (DCm/q) Log (AT0/(AT0-C)) S est la surface du plancher chauffant en m2 D est le débit de fluide caloporteur (eau en général) en kg/h Cm est la chaleur massique du fluide caloporteur (=1,163 Wh/kgK pour de l'eau) q est le coefficient d'émission surfacique du plancher chauffant en W/m2 AT0 = To - Ta est l'écart de température à l'entrée du plancher chauffant en K To est la température du fluide à l'entrée du plancher chauffant Ta est la température ambiante C = To - T est la chute de température du fluide caloporteur, en K T est la température du fluide caloporteur à la sortie du plancher chauffant. On a également l'équation suivante: C=Q/DCm Q est la puissance calorifique à fournir. Elle est égale aux déperditions calorifiques du local. En combinant ces deux équations, on obtient l'égalité suivante: Sq/DCm = -Log(1-Q/DCm.AT0) Le membre gauche de l'équation est appelé coefficient thermohydraulique. Il correspond au coefficient de la graduation 30 (écart moyen obtenu). Le nombre de droite de l'équation est appelé coefficient de température. Il correspond au coefficient de graduation 28 (écart moyen requis). Le dispositif décrit ci-dessus est une mode de réalisation préférentiel de l'invention. L'invention n'est pas limitée à ce mode-ci: elle en embrasse au contraire toutes les variantes. De même, d'autres modes d'emploi sont envisageables. Ainsi par exemple, les quatre réglettes, au lieu d'être sur deux lignes pourraient se trouver sur quatre lignes. Ceci permettrait d'avoir une lecture des coefficients sur une plus grande échelle. En effet, une graduation pour les coefficients de température et thermohydraulique serait prévue sur un bord de la première réglette, et l'autre graduation sur l'autre bord. La graduation du débit pourrait alors apparaitre à travers une fenêtre réalisée dans la première réglette. Le positionnement des graduations peut être librement choisi. Dans l'exemple de réalisation, la graduation est sur l'élément "fixe" et le repère sur la réglette que l'on déplace pour entrer la valeur correspondante. L'inverse est aussi envisageable. On peut aussi munir la réglette d'une fenêtre à travers laquelle apparaîtrait la graduation. La méthode expliquée ci-dessus permet d'obtenir le débit et le pas pour un plancher chauffant. Mais, si ces paramètres sont imposés, il est par exemple possible de déterminer le diamètre des tubes à utiliser et la température d'eau à l'entrée du plancher chauffant. Il suffit de placer les réglettes pour lesquelles le paramètre est à déterminer, de telle sorte que les écarts30 moyens obtenus et requis soient égaux. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant la détermination de certains paramètres pour le dimensionnement d'un plancher chauffant, notamment un plancher chauffant basse température, le plancher chauffant comportant un tube dans lequel circule un fluide caloporteur, le tube étant noyé dans une dalle formant le sol d'un local à chauffer, caractérisé en ce qu'il comporte: - un support fixe (2) sur lequel est montée coulissante une première réglette (6), - une graduation (18) permettant de repérer la position de la réglette (6) par rapport au support (2), - deux ensembles comportant chacun deux réglettes, appelées réglette secondaire (10,12) et réglette tertiaire (14,16), montées chacune coulissante par rapport à la première réglette (6) et parallèlement à celle-ci, - une graduation (20,22) associée à chaque réglette secondaire (10,12) pour repérer la position de la réglette secondaire par rapport à la première réglette (6), - une graduation (24,26) associée à chaque réglette tertiaire (14,16) pour repérer la position de la réglette tertiaire par rapport à la réglette secondaire (10,12) correspondante, et - une graduation (28,30) associée à chaque réglette tertiaire (14,16) pour repérer la position de la réglette tertiaire par rapport au support (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les graduations (20,22,24,26,28,30) utilisées sont logarithmiques. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la position de la première réglette (6) par rapport au support est représentative d'un débit (D) de fluide caloporteur à travers le plancher chauffant, en ce que la position des réglettes secondaire (10) et tertiaire (14) respectivement d'un premier ensemble de réglettes par rapport à la première réglette (6) et la réglette secondaire (10) respectivement sont représentatives des déperditions calorifiques (Q) du local à chauffer et de la température (To) du fluide caloporteur entrant dans le plancher chauffant, en ce que la position des réglettes secondaire (12) et tertiaire (16) respectivement du second ensemble de réglettes par rapport à la première réglette (6) et la réglette secondaire (12) respectivement sont représentatives de la surface (S) du local à chauffer et d'un coefficient thermique (CE ou q) dépendant de l'isolation du plancher et du tube circulant dans la dalle, en ce que la position de la réglette tertiaire (14) du premier ensemble de réglettes est représentative d'un coefficient de température (EMR), et en ce que la position de la réglette tertiaire (16) du second ensemble de réglettes est représentative d'un coefficient thermohydraulique (EMO). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les graduations correspondant au débit (D), aux déperditions (Q), à la surface (S), au coefficient thermique (CE ou q), et au coefficient thermohydraulique (EMO) sont telles que la distance y correspondant à une valeur x, de l'origine de la graduation est donnée par la formule y=log(x), tandis que pour la température (To) du fluide caloporteur entrant dans le tube, la formule est y=log(x-0), O étant une constante, et pour le coefficient de température (EMR), la formule est y=log(l-e-X), e étant la base des logarithmes népériens. 5. Dispositif selon l'un des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux réglettes secondaires (10,12) sont placées l'une à côté de l'autre et coulissent le long d'un même axe, tandis que les deux réglettes tertiaires (14,16) sont placées l'une à côté de l'autre et coulissent le long d'un même axe, parallèle à l'axe de coulissement des réglettes secondaires. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que les graduations (18,28,30) permettant de repérer les positions de la première réglette (6) et des réglettes tertiaires (14,16) par rapport au support (2) sont placées sur le support, les graduations (20,22) permettant de repérer les positions des réglettes secondaires (14,16) par rapport à la première réglette (6) sont placées sur la première réglette (6), et les graduations (24,26) permettant de repérer la position des réglettes tertiaires (14,16) par rapport aux réglettes secondaires (10,12) sont placées sur les réglettes secondaires, des repères faisant face à ces graduations étant prévus sur la première réglette et sur les réglettes secondaires et tertiaires. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le support (2) comporte au moins un tableau (32, 34) sur lequel peut être lu au moins une valeur servant à la détermination des paramètres pour le dimensionnement du plancher chauffant.