Installation de chauffage par rayonnement. Le chauffage par rayonnement s'est beau coup développé ces dernières années. Les ins tallations classiques comportent noyés dans le sol, et particulièrement dans du béton, des tuyauteries où circule de l'eau chaude.
L'expérience a montré que, pour que ce chauffage soit, confortable, il est. nécessaire que la température superficielle du sol ne dépasse en aucun point une température de l'ordre de 28 ù 29 ; sinon, il en résulte une sensation désagréable de surchauffe des pieds.
La. température du sol est évidemment va riable entre deux tubes chauffants consécu tifs: elle est- maximum à l'aplomb des tubes et minimum au milieu de l'intervalle séparant deux tubes, l'écart. entre ce maximum et ce minimum augmentant. avec l'espacement des tubes.
Pour obtenir le maximum. d'émission de chaleur du sol (souvent requis par les déper ditions des locaux), en ne dépassant en aucun point- la température de 28 , il faut évidem ment que la température du sol soit aussi uni forme que possible, c'est-à-dire que le mini mum diffère peu de 28 , d'où la nécessité de rapprocher les tubes; c'est pourquoi leur écar tement, est habituellement de l'ordre de 15 cm d'axe en axe.
La température du fluide chauffant varie avec l'épaisseur de béton au-dessus du tube et la nature du sol, ainsi que son aménage ment (plancher, carrelage, etc.). Cette tempé rature est en moyenne de l'ordre de 35 à 50 . Ces installations classiques présentent le double inconvénient d'exiger une relativement _grande longueur de tubes et de limiter la tem pérature de l'eau constituant le fluide chauf fant à une valeur assez faible, si bien que,
lorsque l'installation comporte à la fois des sols chauffants et des surfaces de chauffe ordinaires (radiateurs ou convecteurs par exemple), il est nécessaire de prévoir des cir cuits différents, la température de 35 à 50 nécessaire pour les sols chauffants étant géné ralement obtenue par mélange de l'eau des retours avec l'eau provenant de la chaudière à 90 et destinée aux surfaces de chauffe clas siques.
L'invention a pour objet une installation de chauffage par rayonnement. Cette installa tion destinée au chauffage .d'un local com prend noyés dans une paroi de ce local, par exemple dans le sol ou dans le plafond des tubes de chauffa écartés et pouvant être chauffés à haute température.
Cette installa- tion est caractérisée en- ce que ladite paroi est agencée et constituée de manière que la résis tance thermique des lignes du flux de chaleur allant des tubes à la surface de la paroi soit sensiblement la même pour l'ensemble des li gnes de flux; ceci en vue d'avoir une tempéra- tire constante sur toute la surface de la paroi rayonnante.
Au dessin annexé, on a .représenté schéma tiquement une installation connue et diverses formes de réalisation de l'objet de l'invention: La fig. 1 est une coupe verticale fragmen taire d'une installation classique de chauffage par le sol combinée avec un diagramme illus trant les variations, de la température super ficielle du sol entre deux tubes de chauffe suc cessifs.
La fig. 2 est une coupe verticale fragmen taire d'une première forme d'exécution de l'ob jet de l'invention constituant une installation de chauffage par le sol, cette vue étant com binée avec diagramme de la température su perficielle.
La fig. 3 est. une coupe verticale montrant un joint. de dilatation le long d'une paroi ver ticale.
La fig. 4 reproduit la fig. 2 avec, en plus, le revêtement de sol et l'indication des gran deurs à dimensionner.
La fig. 5 est une coupe verticale fragmen taire d'une autre forme d'exécution combinée avec un diagramme de la. répartition des tem pératures superficielles.
Les fig. 6 et 7 représentent respectivement une coupe verticale et une vue en plan d'un panneau de l'installation.
La fig. 8 est un schéma en plan avec arra chement d'une dalle de béton préfabriquée d'une autre forme de réalisation.
La fig. 9 est une coupe verticale selon la ligne IX-IX de la fig. 8.
Dans l'installation représentée à la fig. 1, des tubes 1 sont parcourus par un fluide de chauffage et- sont noyés dans du béton 2 dont la surface 3, constitue le sol du local à chauf fer. La courbe 4 représente la température superficielle du sol portée en ordonnée au- dessus du sol pris comme axe des abscisses. Cette température varie progressivement entre un maximum 5, au-dessus d'un tube 1, et un minimum 6 au milieu de l'intervalle entre deux tubes. L'écart entre les températures 5 et 6 augmente avec la distance entre deux tu bes consécutifs.
Dans l'installation représentée partielle ment à la fig. 2, lies tubes 7 sont parcourus par un fluide à haute température (par exemple jusqu'à 100 ) et considérablement: plus écartés (par exemple 50 cm d'axe en axe), tandis qu'on évite les écarts entre les températures superficielles par un enrobage hétérogène qui comprend une partie 8 à, coefficient- de con- ductibilité élevé, par exemple du béton con tenant de la limaille de fer ou du gravillon et une partie 9 isolante à coefficient de con- ductibilité réduit-,
l'épaisseur de la partie 9 étant maximum à l'aplomb des tubes 7 et di minuant progressivement jusqu'au milieu 10 de l'intervalle entre deux tubes consécutifs où elle est nulle. De cette façon, on fait en sorte que les chutes de température le long de lignes de flux de chaleur de longueurs inégales telles que<B>11-12-13</B> soient égales et que la tem pérature superficielle, portée en ordonnées à la fig. 1, soit alors représentée par l'horizon tale 14.
C'est cette uniformité de la tempéra ture du sol qui permet d'écarter les tubes et d'augmenter la température du fluide chauf fant. L'expérience montre qu'en raison de l'égalité de coefficient. de dilatation du béton et du fer, les dalles chauffantes de béton con tenant. les tubes peuvent supporter impuné ment la température de 90 , sans qu'il v ait décollement .du tube et. du béton. La. seule pré caution est de prévoir toutes possibilités de dilatation pour les dalles.<B>A</B> cet. effet, on doit prévoir, comme le montre la fig. 3, une solu tion de continuité 15 de quelques millimètres entre une dalle indiquée en 16, et. les parois verticales 17 du local.
Cette solution de conti- noité est d'ailleurs couverte sans d@fficiilté par la plinthe 1.8.
Il y a. d'ailleurs avantage à rendre cette dalle 16 indépendante du sol porteur 19, en la coulant sur une couche isolante<B>210,</B> par exemple sur un papier bitumé. Ces solutions de continuité entre la dalle 16 et le plancher porteur 19, d'une part, et les murs verticaux 17, d'autre part, présentent en effet le grand avantage de rendre le sol beaucoup plus in sonore et de réduire ainsi la transmission des bruits d'un local. à l'autre, aussi bien dans le sens horizontal que dans le sens vertical.
Le calcul et l'expérience montrent que, si on admet. pour le fluide chauffant une tempéra ture de 85 , on peut, en employant des maté riaux isolants peu coûteux, à base de fibres de bois, écarter les tubes de 50 cm environ dans le cas d'un carrelage et de 40 cm dans le cas d'un revêtement très isolant, tout en obtenant une température superficielle du sol uniformément égale à 28 et beaucoup plus régulière qu'avec le procédé classique utili sant des tubes écartés de 15 cm.
Pour chacune des natures du sol, l'écarte- ment maximum possible des tubes peut se cal culer, en fonction de sa résistance thermique, de la faon suivante exposée en référence à la fig. 4, où on a encore indiqué en 7 les tubes chauffants, en 8 la partie de l'enrobage à coefficient de conductibilité thermique élevé, en 9 la partie isolante, tandis qu'on a indiqué en 21 le revêtement de sol (carrelage ou par quet par exemple), et en 22 la couche servant à la pose de ce revêtement.
Si on désigne. par Â, Z, Z" les coefficients de conductibilité des matériaux constitutifs des parties8-21-22 (fig.3) respectivement, e'ete" les épaisseurs des couches 21-22 et l la dis- tance entre un tube 7 et le milieu 10 de la surface de l'enrobage,
si on se fixe la tempéra ture du sol à obtenir à 28 et la température des tubes à 85 et si on tient compte que le sol à 28 dans une ambiance à 18 émet 110 calories par m2 et par heure, les lois de la transmission de la chaleur donnent la lon gueur l par l'équation
EMI0003.0028
La connaissance de Z permet de détermi ner l'écartement d des tubes 7 d'axe en axe:
pratiquement cet écartement est le double de la longueur l quand l'épaisseur de S'enrobage au-dessus des tubes est de quelques centi mètres.
Par exemple, si = 0,6 (béton moyen), si Â,' = 1 et e' = 0,01 m (carrelage) et si ;," = 0,6 et e" = 0,02 m (pose du carrelage sur sa ble et ciment), l'équation ci-dessus donne:
EMI0003.0038
Pratiquement, on prendra. d = 50 cm. L'épaisseur maximum E .de la partie iso lante 9 sera déterminée de manière que la ré sistance thermique soit la même pour toutes les lignes de flux de chaleur.
Si par exemple l'épaisseur e de la partie conductrice 8 au dessus des tubes 7 est de 2 cm (épaisseur né cessaire pour la protection des tubes) et si le coefficient de conductibilité<B>Z</B>" du matériau isolant 9 est voisin de celui des panneaux à base de fibre de bois molle (0,04), l'épaisseur E est telle que
EMI0003.0045
ce qui donne E = 0,44 X 0,04 = 0,0176 m. En première approximation, on peut admettre que l'épaisseur de la partie 9 dé croît linéairement avec l'éloignement :de l'axe du tube, si bien que la, matière isolante a une section triangulaire isocèle de 50 cm de base et de 17,6 mm de hauteur.
Dans la pratique, le procédé se simplifie, car on n'est pas tenu .de maintenir uniformé ment la température du sol à 28 et il peut être toléré une variation de 1 autour de sa valeur moyenne, si bien qu'on peut utiliser simplement des produits isolants sous la forme sous laquelle ils se trouvent dans le commerce, par exemple des plaques de fibre de bois molle de 12 mm d'épaisseur ou de fibre de bois dure de 5 mm d'épaisseur.
Dans l'installation représentée à la fig. 5, le sol comporte en 23 une plaque de fibre de bois .dure ou demi-dure de 5 mm d'épaisseur et de 25 cm de largeur et en 24 une plaque de fibre de bois molle de 12 mm d'épaisseur et de 12cmde largeur; la répartition des températu res obtenues expérimentalement est celle repré- semée par la, courbe 25 avec un maximum, indiqué en 26, de 28 et un. minimum de 26 , indiqué en 27.
L'écart de 2 5 entre le maxi mum et le minimum exigerait, dans une ins- tallation classique, des tubes distants de 10 cm environ. Lorsque le mode de pose du sol propre ment dit. s'y prête, il peut y avoir intérêt à réaliser une simple dalle en béton de 5 cm en robant convenablement les tubes et. à poser simplement le produit isolant sur cette dalle, la différence de niveau qui en résulte étant compensée par le sable ou le ciment. de pose par exemple.
A résultats au moins égaux, l'installation selon l'invention peut entraîner, parla diminu tion des longueurs de tubes nécessaires, une économie d'installation de plus de 60 O/o sur les installations classiques.
Si l'on tient compte que la distribution peut être la. même pour les sols chauffants et les surfaces de chauffe classiques (radiateurs, convecteurs, etc.), il faut ajouter à cette éco nomie celle provenant de la suppression du réseau spécial pour les sols chauffants avec son système de mélange.
De plus, lorsque ce faisceau de tubes sert également à chauffer le plafond de l'étage inférieur, cette augmentation de température accroîtra son émission calorifique, la. réparti tion de température sur un plafond étant sans grande importance.
Il en résulte la possibilité d'avoir, avec une même distribution, des pièces chauffées par le sol et d'autres pièces chauffées par des radia teurs, l'installation étant conduite comme un chauffage ordinaire dont la. température maximum de marche peut atteindre 90 par temps froid, sans précaution spéciale.
Mieux encore, il est possible, en divisant suffisam ment les panneaux dans les pièces de telle manière que la perte de charge ne dépasse pas une dizaine de millimètres d'eau, d'éviter l'em ploi de 1a- pompe de circulation indis pensable dans les installations fonction nant suivant le système classique, par suite de la résistance élevée des circuits, du fait de leur longueur.
Du fait que l'écartement des tubes peut être beaucoup plus important que dans les installations classiques, on peut réaliser des circuits chauffants présentant le double avan tage d'une possibilité de purge d'air et d'une vidange naturelle. Le panneau représenté aux fig. 6 et 7 comprend dans ce but. un faisceau de tubes parallèles 28 légèrement inclinés dis posés entre un collecteur d'arrivée 29 et un collecteur de retour 30. L'augmentation de prix qui résulte de la. nécessité d'une soudure à chaque extrémité des tubes 28 est minime dans l'ensemble.
Le collecteur d'arrivée 29 est placé plus bas que le collecteur de retour 30, de sorte que les tubes 28 sont plus éloignés de la surface dans leur partie la. phis chaude, ce qui contribue ainsi à régulariser la tempéra ture du sol. Au point haut. le circuit. est muni d'un purgeur d'air 31.
Ces installations peuvent fonctionner à la vapeur à baisse pression, ce qui permet d'ajou ter des panneaux chauffants à des installa tions à. vapeur à basse pression existantes. Dans ce cas, les épaisseurs de matériaux iso lants doivent être calculées pour la tempéra ture de 100 et les tubes peuvent. être plus écartés encore.
Un des avantages des installations décrites est d'augmenter l'inertie de l'installation, par suite de l'élévation de température à l'inté rieur du sol. Aussi, ces installations convien nent tout particulièrement. pour des chauffa ges continus, celui des maisons d'habitation et des hôpitaux ou hospices, par exemple, comme elles conviennent, cl'ailleurs pour les lo caux qu'il faut ventiler brutalement, comme les salles de classes par exemple où, pour des raisons d'hygiène, les fenêtres doivent être largement ouvertes pendant les récréations.
L'installation selon l'invention peut com prendre des panneaux de béton préfabriqués, dont les raccordements correspondent aux lignes où la. transmission de chaleur est nulle soit que les lignes de flux soient parallèles à ces raccordements, soit qu'elles viennent. y mourir. Les éléments 32 représentés aux fig. 8 et. 9 sont fabriqués ;soit en usine, soit, lors qu'il s'agit d'un chantier important, dans un local spécial de ce chantier.
Les éléments prin cipaux mesureront par exemple 25 cm de large sur 50 cm de long et pèseront de l'ordre d'une vingtaine de kg en étant ainsi d'un transport facile. Ces éléments préfabriqués seront disposés sur le sol porteur et le mon- teur de chauffage viendra placer ses canalisa- tions dans les vides 33 réservés à cet effet.
Ensuite, le vide sera, comblé à l'aide d'un ci ment particulièrement fluide 34 et dont. la composition et la compacité assureront, à la fois, une excellente protection du tube, qu'elle que soit. la- composition des dalles préfabri quées et une excellente transmission de cha leur. En outre, les inévitables solutions de continuité 35 entre les dalles seront autant de joints de dilatation.
La pose de dalles préfabriquées permet de placer, lorsque la chose est désirable, des ma tériaux calorifugés ou insonorisants, entre les dalles chauffantes et le sol porteur soit que l'on veuille réduire les pertes calorifiques vers le bas, soit. que l'on désire réduire la trans mission des bruits d'un étage à. l'autre. Ces matériaux peuvent être de la sciure, du sable, de la tourbe, de la laine de verre, etc., ce qui ne serait pas possible si la dalle était coulée directement sur les tuyauteries.