Brevet FR2790819A1 — publié le 20000915

STRUCTURE D'ECHANGES THERMIQUES INTEGRABLE SUR LES MURS, SOLS ET PLAFONDS A DES FINS DE REGULATION EN TEMPERATURE L'ETE ET L'HIVER DE LOCAUX La présente invention a trait à la régulation en température tout au long de l'année de locaux à usage d'habitation ou autre tel que bureau, magasin, atelier, etc.... Les systèmes connus utilisés pour assurer à la fois le réchauffement de I'air et son rafraîchissement, sont des systèmes mixtes mettant en oeuvre deux principes standards. L'un consiste à réaliser une climatisation par insufflation d'air à travers un réseau de gaines avec une bouche dans chaque pièce, I'air étant repris par une centrale de traitement d'air située à l'extérieur de la zone climatisée. L'autre principe met en oeuvre une climatisation par réchauffement ou par refroidissement de l'air ambiant par recirculation de celui-ci à travers un échangeur à eau situé dans la pièce à climatiser, constituée par exemple par un ventilo-convecteur mural ou un aérotherme. Ces deux principes présentent de nombreux inconvénients, bien connus: mise en circulation de poussières par les mouvements d'air, pouvant entraîner des problèmes d'allergies; - bruit de ventilateurs et des flux d'air - irritation de la gorge à cause de l'assèchement de l'air dû à son traitement; - pollution microbienne par les bactéries qui se développent sur les échangeurs et dans les gaines à cause des phénomènes de condensation; - difficulté et coût du nettoyage des échangeurs, des filtres et en particulier des gaines; - problèmes d'implantation et d'esthétique du matériel, par exemple les gaines et les bouches dans les faux-plafonds à réaliser ou les ventilo- convecteurs sur les murs. La présente invention vis à proposer un nouveau mode de régulation tout au long de l'année de la température à l'intérieur d'un local quelconque, à usage d'habitation, professionnel ou autre, ne créant pas de mouvements d'air et évitant les inconvénients rappelés ci-dessus, des techniques traditionnelles. A cet effet, I'invention a pour objet une structure d'échanges thermiques intégrable sur les murs, sols et plafonds, à des fins de régulation en température l'été et l'hiver, de locaux, caractérisée en ce qu'elle est constituée: - d'une grille métallique de diffusion thermique, - d'un ou plusieurs circuits de tubes rapportés sur la face de la grille tournée vers l'intérieur dudit local et en contact d'échange thermique avec ladite grille de façon substantielle, - d'un moyen d'enrobage de l'ensemble grille-tubes, présentant de bonnes propriétés de conductibitilité et d'homogénéisation thermique, - et de moyens de fixation dudit ensemble sur le matériau constitutif desdits murs, sol, plafond, ladite grille étant dimensionnée pour former un pan de structure pouvant recouvrir la surface totale du mur, sol, plafond à équiper et présentant, par une disposition déterminée appropriée desdits tubes, au moins un circuit de circulation de fluide s'étendant régulièrement sur toute la surface dudit pan, l'une des extrémités du circuit étant reliée par des collecteurs à une source fournissant tout au long de l'année un fluide dont la température demeure à l'intérieur d'une plage étroite de valeurs, cependant que l'autre extrémité dudit circuit est reliée par des collecteurs au circuit de retour de ladite source. Ainsi, conformément à l'invention, on n'intervient pas sur l'air contenu à l'intérieur de la pièce pour lui ajouter ou lui retirer des calories, mais on constitue au droit des parois de la pièce un écran thermique confinant l'air de la pièce dans une plage étroite de température et évitant la pénétration du froid ou du chaud depuis l'extérieur vers l'intérieur de ladite pièce. Un tel principe est en effet tout à fait contraire à celui des systèmes connus qui combattent le chaud ou le froid après que celui-ci a pénétré dans la pièce. En effet, la structure d'échanges thermiques de l'invention, lorsqu'elle recouvre la totalité ou presque de la surface interne non-ouverte et disponible à cet effet d'une pièce d'habitation par exemple et qu'un fluide, par exemple de l'eau à température relativement constante, aux alentours de 20 C à 22 C par exemple, circule en permanence dans les circuits des différents pans tapissant les murs, sol et plafond de ladite pièce, permet de maintenir l'ensemble du volume d'air de la pièce à une température moyenne sensiblement constante hiver comme été. L'importance de la surface d'échange thermique, la bonne homogénéité thermique de toutes les parties de la structure d'échange et la bonne qualité d'échange thermique créé un rayonnement multidirectionnel entre cette structure et le volume interne, presqu'entièrement enveloppé par la structure, à l'exception inévitable des ouvertures des fenêtres et portes par exemple, assurent une très bonne régulation thermique par une limitation substantielle des excursions de température du volume d'air, tant l'hiver que l'été. C'est ainsi que, l'hiver, -de l'eau simplement à 22 C suffit à maintenir l'air de la pièce à une température de l'ordre de 20 C, alors que, l'été, de l'eau à 20 C suffit à maintenir l'air de la pièce à environ 22 C. Du fait de la modicité des températures du fluide régulateur, il n'y a aucun problème de condensation, car les différentiels de température sont trop faibles. Quant aux coûts de maintien en température du fluide régulateur, ils sont faibles en regard de ceux des systèmes traditionnels dont la température est très élevée l'hiver et basse l'été. Par ailleurs, la structure d'échange selon l'invention est simple à mettre en oeuvre. Elle se fixe sur toute structure, quel qu'en soit son matériau, constitutive des murs, sols et plafonds à recouvrir, que ceux- ci soient de forme plane, concave ou convexe. La structure d'échange thermique terminée présente une surface qu'il est facile d'habiller par un revêtement traditionnel tel que peinture, tapisserie, carrelage, etc... La structure s'adapte enfin facilement à la morphologie de la paroi à équiper et à la présence éventuelle d'obstacles (portes, fenêtres, prises de courant, interrupteur, etc...) ou de zones de réservation (pour la fixation d'un tableau par exemple). Il suffit de composer le pan de structure en conséquence par la disposition appropriée des éléments constitutifs et le choix du placement sur ces derniers des tronçons de tube pour contourner un obstacle ou éviter une zone. Ce placement est facilité en munissant chaque grille d'une pluralité d'organes de fixation, par exemple par clipsage, des tubes, répartis sur la surface de la grille en sorte de permettre différentes dispositions, au choix, des tronçons de tube pour composer différentes géométries du cheminement du circuit de circulation du fluide régulateur, comme on le verra dans la description qui va suivre. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation de la structure selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels: - Figure 1 est une vue schématique en perspective d'une grille de la structure d'échanges thermiques de l'invention; - Figure 2 représente la grille de la figure 1 fixée sur un matériau de paroi et munie de tubes, I'ensemble étant enrobé - Figure 3 est une vue en élévation de la structure de la figure 2, - Figures 4a, 4b représentent une structure autoportante fabriquée en usine o la grille est prémoulée; - Figures 5a, 5 et 6a, 6b illustrent respectivement deux étapes de finition sur le chantier, à savoir pose du circuit de tubes et enrobage de Il'ensemble; - Figure 7 représente en perspective un pan de structure comprenant une grille et un jeu de tubes avant recouvrement par un enrobage de finition; - Figure 8 représente trois pans de structure destinés par exemple à recouvrir le plafond, le sol et l'une des parois d'une pièce d'habitation (3 surfaces en contact avec l'extérieur jouant le rôle d'écran anti-chaud ou anti-froid), et - Figure 9 représente une variante de réalisation de la grille de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un module d'une grille 1 d'une structure selon l'invention, le motif du module étant répété pour constituer une grille en plaque par exemple de 2 m x 1 m environ. La grille 1, de module carré dans le mode de réalisation illustré, est un treillis à maille carrée plate, réalisé par exemple par découpageemboutissage d'une feuille métallique d'un matériau bon conducteur thermique. Le processus de fabrication permet de réaliser, en saillie en dessous du plan général de la grille 1, des pattes 2 d'écartement de la grille pour faciliter son scellement ultérieur dans un matériau d'enrobage ainsi que deux alignements en croix de cintrage 3 de certains brins du maillage, pour un meilleur enrobage comme on le verra plus loin. Ceci renforce la structure et évite le soufflage de l'enrobage. Cette même technique de fabrication permet de constituer des parties cintrées en forme d'auge 4, au nombre de quatre sur la figure 1, se coupant à angle droit et destinées à servir de berceau à des tubes de circulation d'un fluide régulateur thermique. Les auges 4 sont tournées du côté de la grille 1 opposé aux pattes 2. Elles sont munies, en partie centrale, de pattes élastiques 5 pour recevoir par clipsage et retenir prisonnier des tubes. La grille 1 est d'abord fixée, à l'aide par exemple d'étriers 8 et de vis 9, sur le matériau brut 10 de la paroi à recouvrir de la structure de l'invention. Ce matériau 10 peut être de la pierre, du béton, de la brique, du bois, du plâtre, etc... Des tubes 6 sont ensuite mis en place dans certaines des auges 4 et, enfin, I'ensemble grille-tubes est noyé dans un enrobage de surface 7, par exemple un enrobage de plâtre. Les figures 4a, 4b; 5a, 5b et 6a, 6b illustrent les étapes de réalisation d'une structure autoportante et pré-isolée en usine. Sur les figures 4a, 4b, on a représenté un panneau 11 en matériau isolant sur l'une des faces duquel est déposée en usine par exemple par trempage une première couche de plâtre 12 sur laquelle est posée une grille 1, i15 légèrement enfoncée dans la couche 12 en sorte que la grille est retenue prisonnière et les auges 4 sont dégagées pour une mise en place, au cours d'une deuxième étape (figures 5a, 5b) de tubes 6 aux endroits désirés. La technique de trempage permet ainsi de réaliser une grille automoulée sans fixation par vis sur le matériau 1 1 par exemple un matelas de laine de verre. Dans une troisième étape (figures 6a, 6b), on va enrober les tubes 6 et les pattes 5 par une couche de plâtre de finition 13. L'ensemble 11-12-13 peut être utilisé pour constituer par exemple un parement, ou plafond, ou une paroi d'une cloison d'une pièce d'habitation. Les tubes 6 sont par exemple en matière plastique telle que du polyéthylène réticulé de section suffisante pour un débit d'eau important. Le cintrage et la surface des parties 4 et 5 de la grille 1 sont déterminés de façon à avoir un large contact entre les tubes 6 et leur auge réceptrice et assurer une bonne rigidité à la grille ainsi qu'une bonne conductibilité thermique. Les parties cintrées 3 participent à la rigidification de la grille 1 tout en lui assurant un meilleur enrobage et ancrage dans le matériau 7 en éloignant la grille de la face du support 10 conjointement avec les pattes 2, dans le mode de réalisation des figures 2 et 3. Les pattes 2 contribuent également à une meilleure répartition de la charge thermique vis à vis du support 10. La grille 1 assure la répartition de la charge thermique dans la masse de l'enrobage 7 par conductibilité pour un échange optimal l'hiver depuis les tubes 6 vers la surface 14 (en contact avec l'air de la pièce à réguler) et, l'été, depuis la surface 14 vers les tubes 6. Les pattes élastiques 5 permettent une pose simple et rapide des tubes et maintiennent une pression sur ces derniers assurant ainsi un parfait contact entre les tubes et la surface métallique (grille 1) répartitrice d'énergie. L'enrobage 7 (plâtre, enduit, crépis avec ou sans additif, par exemple) permet une température uniforme de surface et facilite la conductibilité entre la grille 1 et les tubes 6. Il définit en outre une surface de finition idéale pour carrelage, peinture, tapisserie, etc... Sur la grille 1' de la figure 7, sont réalisés plusieurs tronçons 6' de circuit tubulaire parallèles avec un même écartement en sorte de couvrir régulièrement toute la surface de la grille et d'obtenir une excellente homogénéité thermique dans la structure finale. Si une zone de la grille 1' doit se trouver en regard d'un obstacle tel qu'une prise de courant 15, il est facile de découper à cet endroit la grille et de faire contourner l'obstacle en déportant latéralement légèrement le tube 6'. Sur cette partie-là, le tube 6' n'est pas tenu par des pattes 5 puisqu'en dehors de l'auge réceptrice normale 4', mais cela n'a aucune incidence sur les performances mécaniques et thermiques. Le grand nombre d'auges 4, 4' permet de donner aux circuits 6' la géométrie désirée. Ceci est illustré par la figure 8 qui représente trois pans de structure, respectivement 16, 17 et 18, dont les dimensions générales correspondent à celles des surfaces à recouvrir, à savoir le sol, le plafond et une cloison avec porte, respectivement, d'une pièce d'habitation. Pour ce qui concerne le sol et le plafond, les deux pans de structure 16 et 17 sont identiques et ont une surface correspondant à celle du sol et du plafond. L'ensemble des tubes 6' de chaque pan forme un circuit unique en forme de colimaçon à partir du centre en sorte d'avoir une parfaite homogénéité de température sur toute l'étendue de la surface concernée. Chaque circuit présente une entrée E et une sortie S, reliées à deux conduites générales 19, 20, elles-mêmes connectées à une source de fluide régulateur, généralement de l'eau, la source ainsi que les moyens de contrôle de température et de circulation dudit fluide n'étant pas représentés sur le dessin. Il est à noter sur le pan 17 destiné au plafond, I'aménagement au centre d'une zone réservée 21, par déport latéral du tube 6', pour l'installation d'un point d'alimentation électrique. Pour ce qui concerne le pan 18, la géométrie de pose du circuit tubulaire 6" tient compte de l'existence d'une porte 22 et couvre toute la surface non- ouverte de la paroi. Il est également à noter que ledit circuit 6" est en forme de serpentin pour évacuer les bulles d'air vers le haut et contourne certaines zones de réservation 23 destinées à des équipements électriques. L'agencement entre deux éléments adjacents du serpentin, de même que celui entre deux spires du colimaçon des pans 16 et 17, est de l'ordre de cm par exemple. Le circuit 6" présente une entrée E et une sortie S, également connectées au réseau 1 9, 20. Les pans 16, 17, 18 forment une barrière thermique qui interdit toute pénétration par l'extérieur du froid, I'hiver, dans la pièce et toute pénétration du chaud, l'été. Les tubes (6, 6', 6") sont de section faible mais suffisante pour un grand débit ce qui permet de les intégrer facilement dans les enduits ou enrobages de finition (7, 13). Les échanges thermiques se font entre le fluide régulateur et la grille (1, 1') via les tubes (6, 6', 6"), dans un sens ou dans l'autre selon le différentiel de température entre ledit fluide et l'air de la pièce à réguler, ainsi qu'entre ladite grille et la masse de l'enrobage (7, 1 3), dans un sens ou dans l'autre, en sorte d'avoir constamment une répartition très homogène de la température en surface (côté intérieur de la pièce) de la structure d'échange et sur la totalité de son étendue. La figure 9 illustre une variante de réalisation de la grille de la figure 1. Dans cette variante, la grille 1" est constituée d'une treillis de fil rond métallique, à mailles carrées, sectionnées et cintrées de manière appropriée pour définir des moyens, respectivement 24, 25, 26, correspondant aux pattes 2, auges 4 et pattes élastiques 5 respectivement, pour l'ancrage de la grille 1", le positionnement et la fixation des tubes 6. Ce type de grille est plus économique à réaliser mais moins performant en puissance (w/m2). Il est à noter que lors de la fabrication des pans ou panneaux de la structure selon l'invention, on peut tenir compte de la nature non plane des surfaces à recouvrir par lesdits pans ou panneaux, en donnant à la grille (1, 1', i ") la forme non-plane appropriée. La grille est fixée sur la surface à équiper sur le chantier, comme illustré par exemple par les figures 2 et 3, par tous moyens appropriés. Dans la version illustrée par les figures 4a, 4b; 5a, 5b et 6a, 6b, c'est I'ensemble 1 1-12-13 qui est réalisé en usine, puis rapporté, par tous moyens appropriés, sur une surface à recouvrir, ou bien directement installé comme cloison séparatrice par exemple. Enfin, I'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de mise en oeuvre représentés et décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les formes, nature et dimensions de la grille et des moyens de réception-fixation des tubes. REVENDICATIONS 1. Structure d'échanges thermiques intégrable sur les murs, sols et plafonds, à des fins de régulation en température l'été et l'hiver, de locaux d'habitation, caractérisée en ce qu'elle est constituée: - d'une grille métallique (1,1',1") de diffusion thermique, - d'un ou plusieurs circuits de tubes (6,6',6") rapportés sur la face de la grille tournée vers l'intérieur dudit local et en contact d'échange thermique avec ladite grille de façon substantielle, - d'un moyen (7,12,13) d'enrobage de l'ensemble grille-tubes, présentant de bonnes propriétés de conductibitilité et d'homogénéisation thermique, - et de moyens (8,9) de fixation dudit ensemble sur le matériau constitutif desdits murs, sol, plafond, ladite grille (1,1',1") étant dimensionnée pour former un pan de structure pouvant recouvrir la surface totale du mur, plafond, sol à équiper et présentant, par une disposition déterminée appropriée desdits tubes (6,6',6"), au moins un circuit de circulation de fluide s'étendant régulièrement sur toute la surface dudit pan, I'une des extrémités (E) du circuit étant reliée par des collecteurs à une source fournissant tout au long de l'année un fluide dont la température demeure à l'intérieur d'une plage étroite de valeurs, cependant que l'autre extrémité (S) dudit circuit est reliée par des collecteurs au circuit de retour de ladite source. 2. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite grille (1, 1') est formée par découpage-emboutissage d'une feuille métallique en sorte de définir des auges (4) de réception desdits tubes (6, 6'). 3. Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites auges (4) sont prolongées par des pattes (5) susceptibles d'enserrer élastiquement lesdits tubes (6, 6'). 4. Structure suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite grille (1, 1') est pourvue de pattes (2) ou parties (3) en saillie pour un bon ancrage dans ledit enrobage (7, 12). 5. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite grille (1") est formée de fils ronds métalliques, sectionnés et conformés pour recevoir lesdits tubes (6) et pour assurer l'ancrage dans ledit enrobage (7, 12). 6. Structure suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit enrobage (7, 12, 13) est du plâtre ou analogue. 7. Structure suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite grille (1, 1') avec ses tubes (6, 6') est enrobée totalement, puis rapportée et fixée par tous moyens appropriés sur la surface à équiper. 8. Structure suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la grille (1) avec ses tubes (6) est enrobée totalement, directement sur un support en matériau isolant (11), I'ensemble ainsi constitué étant rapporté et fixé par tous moyens appropriés sur la surface à équiper ou constituant une cloison séparatrice. 9. Structure suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle forme un pan ou panneau (16, 17, 18) couvrant toute la surface non- ouverte d'une paroi à équiper. 10. Structure suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits tubes (6, 6', 6") sont agencés pour constituer un circuit unique conformé en colimaçon ou serpentin de manière à couvrir régulièrement la totalité de la surface de ladite structure. 1 1. Structure suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le fluide régulateur est de l'eau dont la température est maintenue dans une plage étroite, notamment entre 20 et 22 C.