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L'invention est relative aux parois de construc- . tion chauffantes, notamment pour édifices industriels, commer- ciaux, administratifs et scolaires, voire pour maisons d'habi- tation, et elle concerne plus particulièrement, parce que c'est en leur cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement parmi ces parois, les planchers propres à chauffer les locaux sous-jacents.
On sait qu'il existe des parois de construction (planchers, murs, cloisons, toits) essentiellement constituées, du coté du local à chauffer, par des éléments métalliques juxtaposés appelés ci-après "profilés", et de l'autre côté, par un remplissage maçonné ayant une assez faible conductibilité
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thermique do par la nature des matériaux qui le constituent.
C'est le cas spécialement des planchers avec coffrage mé- tallique perdu apparent en sous-face, sur lequel on a coulé un remplissage en béton participant à la résistance du plan- cher et généralement surmonté d'un revêtement de sol pour le local supérieur.
L'invention a pour but de tirer parti de la nature de ces parois de construction connues pour améliorer le chauffage des locaux qu'elles limitent.
La paroi de construction chauffante établie selon l'invention, qui est constituée, du côté du local à chauffer, par des profilés métalliques juxtaposés et} de l'autre côté, ' par un remplissage maçonné, est caractérisée par le fait qu' elle porte des éléments chauffants au contact de ses profilés métalliques, soit directement soit par l'intermédiaire de dispositifs de liaison à conductibilité thermique élevée, en sorte que la chaleur transmise des éléments chauffants aux profilés métalliques de ladite paroi rayonne de cette paroi vers le local à chauffer, les pertes de chaleur à travers le susdit remplissage étant très faibles en raison de la nature de celui-ci.
Dans le cas plus spécialement envisagé où la paroi est constituée par un plancher, on détermine avantageu- sement les profilés métalliques de manière qu'ils offrent une résistance suffisante pour supporter le poids mort et une partie de la surcharge imposée au plancher, le remplissage étant tel qu'il limite au maximum les pertes de chaleur vers le haut depuis les éléments chauffants, d'une part, et qu'il apporte aux profilés le complément de résistance nécessaire pour supporter le reste de la susdite surcharge, d'autre parti
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Pour augmenter la résistance de la parole .on peut donner aux profilés métalliques une allure ondulée dans leur ensemble, le terme "ondulée" étaht pris dans son sens le plus large,
c'est-à-dire que les ondes peuvent avoir une forme aussi bien polygonale ou mixtiligne que curviligne. Dans ce cas, il y a intérêt à constituer le remplissage essentiellement par un matériau isolant qui remplit les ondes de l'ensemble des profilés métalliques et dtune résistance mécanique relativement faible, ainsi que par une dalle résistante coulée sur le maté- riau isolant.
On peut réaliser les dispositifs de liaison de nombreuses manières, par exemple par des pattes serrées entre deux profilés adjacents et faisant saillie par rapport à ces profilés, ou bien, et mieux, par des agrafes élastiques, en fil ou en feuillard, dont les extrémités sont engagées dans des trous que comportent les profilés.-
Lorsque les éléments chauffants sont constitués par des tubes à circulation de fluide chaud (eau ou vapeur), notamment des tubes on cuivre, et qu'on les fixe à l'aide d'agrafes élastiques, on dispose avantageusement, entre chaque tube et le profilé correspondant, une lame en métal bon conduc- teur de la chaleur, tel que le cuivre, présentant une partie concave tournée vers le bas et propre à recevoir le tube,
et deux ailes latérales prenant appui élastiquement sur les profilés sous l'effet de la traction qu'exercent les agrafes sur le tube qu'elles enserrent et qui est transmise à la lame par l'intermédiaire de la susdite partie concave.
L'invention consiste, mise à part ces', dispositions principales, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps, mais qui pourraient le cas échéant
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s'utiliser isolément, et dont il sera plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application, ainsi que certains modes de réalisation des susdites dispositions ; et elle vise plus particulièrement 'encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les planchers ou parois du genre en question comportant applica- tion de ces mêmes dispositions,les éléments spéciaux (notam'' ment les profilés) propres à leur établissement, ainsi que les édifices comprenant de semblables planchers ou parois.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont' bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig. 1, de ces dessins, montre en perspective vue par dessous, un plancher rayonnant comportant des élé- ments chauffants disposés de diverses façons possibles par rapport à la sous-face métallique.
La fig. 2 montre, en coupe verticale, un plancher établi selon un premier mode de réalisation de l'invention et les fig. 3 et 4 deux détails de la fig. 2 à plus grande échelle.
La fig. 5 montre, en perspective vue par dessus et avec parties coupées, un plancher établi selon un second mode.de réalisation de l'invention, dont le remplissage nta pas été représenté.
La fig. 6 montre au repos la lame reliant thermi- quement le tube aux profilés de la fig. 5.
La fig. 7 montre, en coupe verticale à plus grande échelle, un détail de la fig. 5.
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Les fige 8 et 9 montrent chacune une variante de la fig. 7.
Il y a intérêt à rappeler tout d'abord que l'on connaît déjà des planchers rayonnants dans lesquels les élé- ments chauffants se trouvent noyés. Cet agencement présente comme inconvénients entre autres une mauvaise transmission de la chaleur à travers le matériau où se trouvent noyés lesdits éléments et de grosses difficultés pour déceler et réparer les avaries éventuelles des éléments en question.
Selon l'invention, on élimine ces inconvénients, dans les planchers à paroi inférieure métallique, en disposant des éléments chauffants (à circulation de fluide chaud ou à résistance électrique) au contact de ladite paroi, soit direc- tement, soit par l'intermédiaire de dispositifs de liaison à conductibilité thermique élevée en général métalliques.
L'invention est illustrée dans sa généralité à la fig. 1, figure dans laquelle on a montré schématiquement une paroi métallique 7 surmontée d'un remplissage en maçonne- rie 8 de type quelconque,
On peut disposer les éléments chauffants, soit au- dessus de cette paroi (comme montré on 9 et 10), soit de préfé- rence au-dessous (comme montré en 11, 12, 13). Dans le cas d'éléments à circulation de fluide chaud (eau ou vapeur), on , peut constituer les canalisations destinées audit fluide par de éléments rapportés à profil fermé soit sur lui-même (éléments
9, 12 et 13), soit sur la paroi métallique 7 (éléments 10 et 11), l'étanchéité aux lignes de raccord étant alors assurée par soudure.
Il y a en outre intérêt à disposer les éléments
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chauffants au voisinage des points bas de la paroi, dans le. cas général où celle-ci est ondulée, de manière à profiter de la plus grande hauteur possible de remplissage 8 en matériau isolant au point de vue thermique, c'est-à-dire des meilleures conditions possibles de calorifugeage vers le haut.
L'invention est relative particulièrement aux planchers d'édifices industriels, commerciaux, administratifs et scolaires où les portées sont relativement importantes (de l'ordre de 8 à 12 m environ). Pour de tels édifices, on a déjà réalisé des planchers en béton armé avec coffrages métalliques perdus apparents en sous-face, mais dans ce cas le coffrage n'est pratiquement pas intéressé à la résistance du plancher et il est utilisé simplement comme moule pour le béton mis en oeuvre.
Etant donné la faiblesse relative de ce coffrage, il est nécessaire de lui assurer des étais intermédiaires provi- soires jusqu'à la prise du béton, ce qui complique la construc- tion, majore son prix de revient des frais de pose et dépose des appuis intermédiaires, et encombre l'étage inférieur en gênant ou même empêchant l'accès des divers corps de métiers à cet étage.
Selon l'invention, les profilés sont déterminés de manière qu'ils supportent le poids mort et une partie de la surcharge imposée au plancher, ce qui permet la construc- tion sans aucun appui ou étai intermédiaire entre appuis ou encastrements définitifs. Pour des portées de 8 à 12 m, domaine d'utilisation prévu pour ces planchers, les tôles des profilés ont des épaisseurs de 2 à 4 mm selon les portées et les surcharges, l'épaisseur totale du plancher depuis la partie basse des profilés jusqu'à la partie haute du revête- ment en béton supérieur représentant environ 1/30ème de la
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6 (fig.2) @ portée, la dalle/on béton armé de répartition et de compres- sion reliant les sommets des ondes ayant 4 à 5 cm d'épaisseur,
et enfin la distance entre deux parties basses des ondes étant de 3 à 4, fois l'épaisseur totale du plancher.
Jusqu'à la prise du béton, le seul élément porteur est constitué par les ondes métalliques, et par conséquent les calculs de résistance sont ceux d'une poutrelle métalli- que et ne présentent aucune particularité. Après la prise du béton, le système porteur est constitué par l'ensemble du plancher et, dans le calcul des contraintes engendrées par 4 l'application des surcharges, le matériau calorifuge/remplis- sant les ondes n'intervient pas, le système résistant étant constitué par la dalle de compression supérieure en béton en travaillant en liaison avec la poutrelle/caisson métallique usuel. qui la supporte.
A la fig.2, 5 désigne un habillage de sol
Ce matériau calorifuge/remplissant les ondes métalliques peut être avantageusement réalisé par un béton de ponce ou de pouzzolane léger, celui-ci étant arasé au niveau supérieur des profilés métalliques, de façon à former avec ceux-ci une aire de coulage plane pour la mise en oeuvre de la dalle en béton armé de compression.
Le rôle essentiel du,matériau calorifuge de rem- plissage est donc de limiter au maximum les pertes calorifi- ques vers le haut des éléments chauffants appliqués à la partie basse des profilés métalliques. La répartition du matériau calorifuge, par rapport aux éléments chauffants, est telle que la température superficielle du revêtement de sol du plancher, à sa partie supérieure, subit une éléva- tion uniforme et de 2 à 3 C seulement par rapport à la tem- pérature ambiante du local sus-jacent supposé chauffé à la
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même température que logeai sous-jacent.
Une conséquence importante de cette répartition particulière des matériaux dans le plancher réside dans le fait, que ce dernier offre alors d'excellentes qualités d'absorption acoustique entre deux étages.
En outre, du fait que la sous-face du plancher est constituée d'ondulations présentant alternativement des faces horizontales et inclinées, le local sous-jacent bénéficie d'un abaissement très sensible de sa sonorité du fait des réflexions multiples des ondes sonores produites dans le local sur la surface polygonale du plafond.
Ces deux qualités acoustiques particulières, inhéren- tes à la constitution même du plancher, rendent son application particulièrement intéressante pour des locaux où l'acoustique des salles revêt une grande importance (halls, locaux commer- ciaux, locaux scolaires, etc...).
La présence du matériau calorifuge de remplissage au-dessus de la majeure partie des profilés métalliques, joue encore un rôle important pour l'utilisation et l'exploitation du système de chauffage,.on réduisant l'inertie thermique du système et en permettant de suivre un programme de chauf- fage selon un horaire déterminé.
En effet, une augmentation de la température des éléments chauffants entraîne, du fait de la conductibilité de la température thermique élevée, une augmentation rapide/des éléments métal- liques du plancher, avec une augmentation simultanée du rayonnement calorifique du plafond. Or, cette émission du pla- fond représente environ les 4/5èmo de l'émission globale du plancher. L'obtention de L'état d'équilibre thermique total dans toute l'épaisseur du plancher n'est par contre obtenu qu'au bout d'un laps de temps beaucoup plus important du fait
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du retard apporté dans la transmission thermique vers le haut par le matériau calorifuge.
Au contraire, dans les planchers où le remplissage au-dessus de profilés métalliques est constitué par du béton sans interposition de matériau calorifuge, la montée en température des sous-faces métalliques est freinée par les pertes calorifiques à travers le béton, ce qui augmente ainsi énormément l'inertie thermique du système émissif.
On donne avantageusement aux profilés susdits une forme ondulée, c'est-à-dire un profil présentant alternativement des parties hautes et basses, ce profil étant polygonal, courbe ou mixtiligne. Comme montré fig. 2 (où les profilés sont désignés par 1), les parties hautes et basses peuvent être rectilignes et horizontales(la et 1b) et se raccorder entre elles par des parties verticales ou inclinées (le) de manière à former vers le bas des nervures trapézoïdales à base supérieure soit plus petite, soit de préférence plus grande que la base inférieure.
Bien qu'il soit possible de laisser entre profilés voisins un certain intervalle, il semble préférable de les disposer de façon jointive comme représenté sur les figures, le joint se faisant de préférence aux parties basses (telles que la) de l'ondulation.
Il est à noter que les profilés, bien qu'ils ne corres- pondent qu'à une seule onde sur toutes les figures (une partie haute entre deux parties basses), pourraient correspondre chacun à plusieurs ondes, et être alors constitués par réunion en un seul de par exemple deux profilés tels que ceux de la fig. 2,
Dans le cas préféré de profilés jointifs, on peut assurer
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leur liaison mutuelle simplement par l'intermédiaire de leurs appuis ou encastrements terminaux sur les murs ou l'ossature de l'édifice, mais il paraît préférable de prévoir des moyens de liaison supplémentaires sur leurs bords en contact, ces moyens consistant, soit en points ou lignes de soudure, soit en boulons 2 (fig. 2 et 3) ou rivets enfoncés dans des rebords longitudinaux verticaux 1f, soit par des clavettes (fig.5).
Le dispositif de liaison à clavette montré fig. 5, qui est invisible de la sous-face du plancher, assure un serrage énergique des profilés entre eux et un alignement parfait des surfaces des deux profilés en regard. Des dispositifs de liaison sont établis à intervalles réguliers dans les rebords longitudinaux inférieurs ; chacun de ces dispositifs comprend un système de double clavette. La première clavette 18 est engagée dans deux lumières verticales 19 ménagées dans les rebords métalliques internes 1f. Par blocage au marteau, elle assure un alignement parfait des surfaces inférieures des deux profilés. La deuxième clavette 20 s'insère dans une lumière 21 de la première et assure par blocage au marteau le serrage énergique des deux rebords des profilés.
Ces systèmes de doubles clavettes sont prévus à des dis- tances sensiblement égales au pas de l'ondulation du plancher, les premières clavettes de chaque système étant placées alter- nativement à droite et à gauche pour réaliser l'alignement rigoureux des surfaces inférieures des profilés.
Un rôle secondaire est dévolu à chacun de ces points de fixation : les lumières d'engagement 19 des clavettes 18, dans les rebords longitudinaux, empiètent légèrement sur les sous- faces des profilés en ménageant ainsi de petits orifices 19a dans ces sous-faces ; ces orifices permettent l'écoulement des
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@ eaux qui, lors de la construction, stagneraient dans les gouttières inférieures constituées par les rebords des profi- lés, ces eaux pouvant provenir soit de surplus de gâchage des bétons, soit d'eaux d'intempéries lors de l'érection du chantier.
Lors du montage des profilés, il peut être utile de mettre à profit les moyens de serrage des rebords 1f, notam- ment les boulons 2 ou rivets de fixation, pour suspendre de place en place le long de certains au moins des joints, des agrafes de fixation, telles que 3 fig. 2 et 3, destinées à l'accrochage ultérieur des éléments chauffants.
On'réalise avantageusement chacune des agrafes à ltaido d'une paire de feuillards, notamment en tôle d'aluminium, dont les bords libres sont conformés en mâchoires, et on les fait courir tout le long des joints entre profilés ou seule- ment de place en place au droit des boulons 2. De telles agrafes étant serrées fortement entre les rebords 1f des profilés et serrant elles-mêmes fortement les éléments chauf- fants 12 du fait de leur élasticité propre, on est assuré 'd'avoir des échanges de chaleur énergiques par conduction entre éléments 12 et profilés 1, auxquels s'ajoutent évidem- ment des échanges par convection.
Si l'on ne dispose pas d'agrafes préétablies 3, il est bien entendu possible de rapporter sur les profilés des moyens de fixation appropriés. Dans le cas de la fig. 4, par exemple, où l'on a supposé que les éléments chauffants 13 étaient rapportés sur la partie oblique le d'un profilé tra- pézoïdal du type de la fig. 2, on a prévu une agrafe 14 serrée à l'aide de vis 15 entre le profilé 1 et une cornière 16 et réalisée par pliage d'un feuillard d'aluminium comme
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ltagrafe 3 susindiquée.
Dans le cas où les éléments chauffants sont fixés à la .ligne de jonction inférieure de deux profilés jointifs, un inconvénient réside dans le fait que les paires de feuil- lards en aluminium doivent être fixés lors de la mise en place de la jonction et du serrage des deux profilés métalliques formant le coffrage inférieur du plancher. Du fait des jeux nécessaires pour le passage des boulonsrivets ou clavettes de serrage,dans les trous des feuillards d'aluminium, il est pratiquement impossible d'obtenir un alignement rigou- reux des deux mâchoires en regard. Il s'ensuit que lors de la pose du tube de chauffage, le contact entre tube et feuillards d'aluminium s'effectue selon des génératrices du tube et non selon des surfaces cylindriques, et la conducti- bilité se trouve de ce fait réduite.
Dans le cas où l'élément chauffant est ràpporté après coup selon la disposition de la fig. 4, le serrage de l'agrafe d'aluminium entre cornière et profilé au moyen de vis est rendu pénible du fait du nombre des vis de serrage et que le serra- ge doit être très énergique. Pratiquement, le contact entre agrafe et profilé est rarement réalisé de façon satisfaisante.
Un autre inconvénient découle, dans les deux cas, des variations d'allures de chauffage. Les variations de tempéra ture des éléments chauffants entraînent des dilatations dif- férentielles entre les différents éléments en contact (no- tamment -tubes et agrafes d'aluminium) génératrices de bruits.
Les saillies des éléments chauffants sont relativement im- portantes. Certaines difficultés se révèlent par ailleurs pour le bon accrochage de la peinture de protection sur les agrafes d'aluminium, si celles-ci ne sont pas au préalable
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soigneusement dégraissées, @
Pour remédier à ces inconvénients, on utilise avanta- geusement l'un des modes de fixation montrés aux fig. 5 à 9.
Quelle que soit la position envisagée pour la mise en place des éléments chauffants sur le contour du profilé, ceux-ci sont toujours réalisés de manière identique, la seule différence résidant dans la forme de la pièce de fixation, ainsi qu'il sera vu plus loin.
L'élément chauffant est constitué de préférence par un tube en 'cuivre 22, car pour une même quantité de fluide chauffant à faire circuler dans celui-ci, le diamètre d'un tel tube est réduit par rapport à un tube en for. En effet, les parois internes des tubes en cuivre industriels sont beaucoup plus lisses que les parois des tubes en fer et il s'ensuit une diminution importante des pertes de charge par frottement. D'autre part, les épaisseurs standard des tubes en cuivre sont plus faibles que celles des tubes en fer correspondants. Pratiquement, l'adoption de tubes en cuivre permet de choisir des diamètres intérieurs et extérieurs de 10 x 12 mm en lieu et place d'un tube en fer de 15 x 21 mm.
Les éléments conducteurs de chaleur entre ces tubes en cuivre et les tôles des profilés sont constitués par des lames profilées 23 en cuivre mince (par exemple do 0,3 mm d'épaisseur) comportant une gouttière centrale 23a demi- cylindrique au diamètre extérieur du tube de cuivre et deux ailettes longitudinales 23b d'appui et de contact sur les tôles des profilés. Au repos (fig. 6), ces ailettes ne sont pas dans un même plan et forment entre elles un angle aigu A d'environ 20 .
A la mise en place, ces éléments conducteurs sont
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serrés! entre la paroi plane de la tôle et le tube en cuivre
22 qui s'encastre dans la gouttière. Du fait de l'élasticité des éléments conducteurs à ailettes en cuivre, une pression constante du tube en cuivre sur la paroi du profilé entraîne un pinçage du tube en cuivre entre les lèvres de la gouttière
23a et une parfaite application des parois planes des ailettes
23b sur les tôles des profilés, des contacts intimes nécessaires pour une bonne conductibilité thermique se trouvant ainsi réalisés.
La fixation du tube en cuivre sur les tôles de coffrage est obtenue de façon rapide et efficace au moyen d'agrafes de forme appropriées formant collier autour du tube en cuivre et venant s'accrocher dans des trous de fixation prévus dans les tôles.
Dans le cas où les éléments chauffants sont rapportés sur la partie oblique plane d'un profilé trapézoïdal, les agrafes de fixation ont la forme représentée fige 8 ou fig. 9. '
Les branches de ces agrafes sont voisines l'une de l'autre et sont munies de becs 2%ou 26a propres à s'accrocher sur la 24 paroi interne des profilés4 Un seul trou de fixation est nécessaire par agrafe. Ces agrafes sont constituées soit en fil d'acier trempé (agrafe 25, fig. 8), soit en feuillard trempé mince d'acier/(agrafe 26 fig.9).
Dans le cas où les éléments chauffants doivent être placés au droit du joint de liaison de deux profilés, il n'est pas possible de prévoir un seul trou de fixation puisque celui-ci devrait alors être axé sur los rebords longitudinaux des deux profilés en présence. Des agrafes de type différent ( fig. 5 et 7)
27/sont alors prévues qui viennent s'accrocher dans deux trous
28 situés de part et d'autre des plis des rebords longitudinaux
1f des profilés. En cas de préfabrication en atelier de ces
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trous de fixation, ces deux trous se trouvent mis automati- quement en vis-à-vis sur une perpendiculaire à la ligne du joint du fait du système d'alignement, de fixation et de serrage des profilés métalliques par clavettes.
Ces agrafes pour fixation selon le joint de liaison peuvent être, comme dans le cas précédent, constituées soit en fil d'acier trempé, soit en feuillard mince d'acier trempé.
Quel que soit l'emplacement de fixation prévu pour les éléments chauffants, les trous de fixation sont cachés par les éléments chauffants eux-mêmes et seul reste apparent sur le tube en cuivre le collier de l'agrafe de fixation.
Les trous de fixation peuvent être percés soit on atelier, lors de la fabrication des profilés métalliques du plancher, soit à la chignole sur le chantier de façon rapide en cas d'erreur, d'oubli ou de modification du programme de chauffage.
Les variations d'alluresde chauffe et de température des éléments chauffants s'effectuent sans le moindre bruit avec les nouvelles dispositions proposées. Ceci s'explique du fait que les tubes chauffants en cuivre et les éléments conducteurs ailettés sont en même métal, donc sans différence de coefficient de dilatation linéaire. D'autre part, les surfaces en contact sont plus lisses que dans le cas do tubes on fer et d'agrafes en aluminium.
La fixation de l'ensemble dés éléments chauffants s'effectue avec une grande rapidité puisqu'il suffit d'accro- cher par simple pression des agrafes métalliques dans des trous percés à l'avance.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne so limite nullement à
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ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celle où l'inven- autre qu'un plancher tion serait appliquée à toute paroi hétérogène/limitant un local et dont le matériau final vers l'intérieur du local est constitué d'une paroi métallique plane ou non.
Des parois présentant ces caractéristiques existent notamment dans la technique de la construction et du bâtiment sous la forme de : - cloisons de séparation en panneaux préfabriqués à faces externes métalliques, avec ou sans interposition de matériaux isolants, - panneaux métalliques légers de couverture comportant vers l'extérieur un ou des matériaux isolants ou calorifuges et un revêtement d'étanchéité.
Dans tous ces cas, les éléments chauffants objets de l'invention peuvent s'appliquer sur la paroi métallique interne, diffuser la chaleur dans celle-ci par conductibilité thermique, avec émission finale par rayonnement et convection de chaleur vers l'intérieur du local, cette disposition d'ensemble permettant dtassurer le chauffage dudit local.