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Procédé pour le chauffage électrique d'un local et installation pour la mise en #uvre de ce procédé La présente invention comprend un procédé pour le chauffage électrique d'un local et une installation pour la mise en #uvre de ce procédé.
Il est connu de réaliser le chauffage des locaux tels que bureaux, locaux d'habitation ou autres, en disposant dans le sol ou dans les murs des canalisations parcourues par un fluide chaud. Une fois chauffées, les parois du local émettent un rayonnement infrarouge qui chauffe à son tour les personnes se trouvant dans le local.
Ce système de chauffage est très sain et confortable, mais il doit être mis en place au moment de la construction du local. De plus, il a l'inconvénient de présenter une inertie thermique considérable si bien qu'il est impossible d'adapter la marche du chauffage aux variations horaires de la température extérieure, ce qui conduit à une mauvaise utilisation des calories.
Il est connu aussi de réaliser un chauffage à rayonnement infrarouge en utilisant l'énergie électrique. Dans ce type de chauffage les sources rayonnantes sont généralement constituées par des résistances électriques portées au rouge, qui fournissent un faisceau infrarouge relativement concentré.
Pour cette raison, le système précédent qui offre l'avantage d'une faible inertie thermique convient seulement pour un chauffage d'appoint, ou fortement localisé.
La présente invention comprend un procédé visant à remédier aux inconvénients précédents en permettant le chauffage de l'ensemble d'un local par un rayonnement infrarouge d'origine électrique et avec une consommation de courant suffisamment faible pour rendre le système compétitif.
Le procédé conforme à l'invention consiste à déterminer pour une partie au moins des parois limi- tant le local, la déperdition calorifique de la surface totale de la paroi considérée et à équiper la surface disponible de cette paroi au moyen de trames chauffantes à faible inertie thermique, constituées par au moins une nappe de fils électriquement résistants tendus parallèlement sur un cadre, et à faire dissiper par ces trames une puissance calorifique proportionnée à la déperdition calorifique de la totalité de la paroi.
Dans une mise en #uvre particulière du procédé la puissance calorifique qui peut être dissipée par les trames équipant la surface disponible d'une paroi est proportionnelle à la déperdition calorifique globale obtenue en ajoutant à la déperdition propre à la surface totale de la paroi considérée, la part des déperdition revenant à cette paroi, et provenant d'une part des déperditions des parois non équipées du local, telles que plancher ou plafond, et d'autre part des déperditions intéressant la totalité du local, notamment par suite des infiltrations d'air.
L'installation pour la mise en #uvre du procédé que comprend l'invention est caractérisée en ce qu'elle présente des trames chauffantes constituées par au moins une nappe de fils électriquement résistants, tendus sur un cadre et portés en service à une température peu élevée.
Dans une forme d'exécution de l'installation les divers circuits constitués par les trames chauffantes peuvent être groupés en réseaux, chaque réseau étant placé sous la commande d'au moins un thermostat. On peut ainsi réaliser une installation simple et économique possédant un nombre élevé de régimes de chauffe, exactement adaptés aux conditions désirs dans le local, compte tenu des conditions extérieures et des déperditions propres au local considéré.
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Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution que comprend l'invention et des variantes de détail.
La fig. 1 est une vue en plan avec coupe des murs d'un local équipé conformément à l'invention. La fig. 2 est la coupe verticale suivant II-II de la fig. 1 de ce même local.
La fig. 3 est une vue développée à plus grande échelle, avec arrachements montrant la répartition des trames sur les parois du local, après enlèvement de la surface cachant les fils.
La fig. 4 est une vue schématique en perspective avec arrachements montrant un mode de réalisation pratique d'une paroi chauffante.
La fig. 5 est un schéma électrique d'une installation particulière.
La fig. 6 montre schématiquement une trame à deux circuits imbriqués.
La fig. 7 est une vue en coupe transversale d'un cadre équipé conformément à la fig. 6.
La fi-. 8 est une vue en perspective avec arrachements d'un fil chauffant fortement grossi.
La fig. 9 est une vue en élévation avec coupe transversale d'un cadre portant une trame chauffante. En se reportant aux fig. 1 à 3 on voit l'application à un local déterminé d'une forme d'exécution de l'installation de chauffage électrique.
Dans la forme d'exécution considérée, on suppose que ce local est constitué par une pièce d'angle 1 et comprend un mur de façade A muni d'une fenêtre 2, un mur de refend B sans fenêtre, une cloison C qui sépare la pièce 1 d'un couloir 3 et qui est munie d'une porte 4, et une autre cloison D qui sépare la pièce 1 d'une seconde pièce 5.
On suppose que la température intérieure du local 1 doit être tz = = 201, C, lorsque la température extérieure est te = -100 C, en admettant qu'il règne dans la pièce 3 une température t;i = =140 C et dans la pièce 5 une température t5 = = 200 C.
On admettra encore que la pièce 1 est disposée entre les pièces 6 et 7 (fig. 2) des étages inférieur et supérieur, et que ces deux pièces sont à la température de = 201, C.
Dans la forme d'exécution décrite, on a décidé d'équiper de trames chauffantes, les seules parois A, B et C, à l'exclusion de la paroi D, du plancher 8 et du plafond 9.
La puissance calorifique maximum que doivent pouvoir rayonner les trames chauffantes disposées sur les surfaces disponibles des parois A, B et C doit être proportionnée à la déperdition de la surface totale du local.
Dans la détermination de cette puissance, on doit tenir compte d'abord de la déperdition propre à la nature même de la paroi. Celle-ci est définie par le coefficient de transmission K.
Dans la forme d'exécution visée, on suppose que K est égal à 2,2 pour la paroi A à l'exception de la fenêtre 2 où K = 6. Pour la paroi B, K = 2, pour la paroi C, K = 1,2 à l'exception de la porte 4 pour laquelle K = 3, et pour la paroi D, K = 1,2.
Pour les différentes surfaces ainsi définies le flux thermique F horaire est donné par la formule F = K.S.(t;-t,) où S désigne la surface de la paroi qui possède une valeur déterminée du coefficient K.
On peut ainsi déterminer les déperditions propres aux parois A, B, C, les autres parois ayant une déperdition nulle par hypothèse.
Pour les parois A et C dont la surface disponible pour le montage des trames chauffantes est inférieure à la surface totale de la paroi, les déperditions calorifiques précédemment calculées sont ramenées à la surface disponible.
En outre ces déperditions sont augmentées en proportion de la déperdition calorifique due à l'infiltration d'air froid dans le local par la porte et la fenêtre.
Dans ces conditions, des calculs simples permettent d'aboutir aux valeurs suivantes des déperditions
EMI2.48
Paroi Déperdition (calories./heure ou watts./heure) A 0, = 1150 c/h = 1330 w/h B Qt, = 865 c/h = 1000 w/h C Q, = 120 c/h = 140 w/ h D Ql=@ 0 Les parois A, B, C seront équipées de trames chauffantes T,, ,Tb , T, dont la puissance maximum rayonnée par heure dans le cas d'une température extérieure de -10o doit être respectivement égale à QQ, Q," Q., ces trames satisfaisant de plus à des conditions d'uniformité nécessaires pour assurer le confort voulu aux occupants du local.
Par trame on désigne une ou plusieurs nappes de fils électriquement résistants qui s'étendent sur toute la hauteur de la surface disponible de la paroi.
La réalisation matérielle de ces trames sera décrite plus loin. Il suffit de signaler ici que chaque trame peut être constituée par un fil résistant continu 11 disposé suivant une grecque et qui s'étend sur toute la hauteur de la paroi (fig. 3).
La trame d'une paroi est répartie sur toute la surface de la paroi (trame TL de la paroi B) ou sur la surface disponible (trame T,. sur la paroi C, à gauche de la porte 4 et trame Tu, en deux parties sur la paroi A, de chaque côté de la fenêtre 2).
Pour chaque trame, le fil résistant 11 peut être réparti en un ou plusieurs circuits montés en parallèle et branchés sur des conducteurs d'alimentation 12, 13 placés en série avec un thermostat réglable 14 et un interrupteur manuel 15.
Dans le calcul pratique de l'installation, on doit considérer un certain nombre de paramètres, tels que la longueur de fil résistant, l'écartement relatif des fils, la résistance du fil par unité de longueur, ou son émission calorifique par unité de longueur, le nombre de circuits identiques montés en parallèle, etc.
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Les calculs donnés ci-après ont pour but de montrer comment dans la pratique on peut agir sur ces divers paramètres pour calculer une installation. Détermination de la trame T., La surface disponible étant 6,10 m2, l'émission calorifique par m2 doit être Q,/6,10 = 1330/6,10 = 220 w/m2.
En choisissant un fil résistant dont l'émission sous 220 volts serait de 11 w/m, il faudrait par m2 de surface 220/11 = 20 m de longueur de fil, ce qui correspond à un espacement de 5 cm entre les fils.
La trame Ta nécessite ainsi 20 X6,10= 122m de fil.
Les caractéristiques du fil et le nombre de circuits à raccorder peuvent être déterminé compte tenu du fait que l'intensité passant par tous les circuits est 1,330 w/220 v = 6,10 A.
Si on veut utiliser un fil dont l'intensité recommandée est 0,9 A, on voit qu'avec 7 circuits, on aboutit à une intensité par circuit égale à 6,10/7 = 0,87 A, ce qui est admissible.
Il en résulte que la longueur de fil pour chaque circuit sera de 122/7 = 17,5 m.
La résistance r du fil par unité de longueur peut être déterminée aisément puisqu'on connait la puissance unitaire : 11 w/m et l'intensité 0,87 A.
On trouve ainsi r = 11/0,87 X 0,87 = 15 ohms/m (environ).
En conclusion, la paroi A sera garnie de fil ayant une résistance de 15 ohms/m, ce fil étant réparti en 7 circuits montés en parallèle, chaque circuit ayant une longueur de 17,5 m et l'espacement des fils étant de 5 cm, dont six circuits sur les parois situées de chaque côté de la fenêtre et un circuit placé sur le panneau de bordure de la fenêtre.
Les sept circuits considérés ont été représentés sur la fig. 3. Détermination de la trame Tv La paroi B ayant une surface de 10 e, entièrement disponible, l'émission calorifique par m2 doit être Q,,/10 = 100 w/m2.
Bien que la méthode précédente soit toujours valable, un autre mode de détermination des circuits va être utilisé pour montrer la souplesse d'adaptation de l'installation.
Si on désire mettre en place sur la paroi B six circuits distincts, comme l'intensité totale sous une tension de 220 volts est de 1000/220 = 4,55 A l'intensité propre à chaque circuit est 4,5516 = 0,76 A.
Avec un fil ayant une résistance unitaire égale à 15 ohms/m (même valeur que pour le fil de la paroi A), l'émission calorifique unitaire est de 15 X 0,76 X 0,76 = 8,6 watts/m.
La longueur de fil à poser par m2 de surface est alors 100/8,6 = 11,6 m et l'écartement des fils est évidemment 100/11,6 = 8,6 cm.
Une trame en six circuits représentant 116 mètres de fil dont les brins sont espacés de 8,6 cm est représentée sur la fig. 3. Détermination de la trame T. Corizpte tenu de ce que la surface disponible n'est que de 5 m2, l'émission nécessaire par m2 est Q,/5 = 28 w/m2.
On va adopter ici un troisième mode de calcul possible, en fixant a priori l'écartement des fils chauffants à 20 cm.
II est nécessaire alors d'utiliser 5 fils/m2, l'émission unitaire du fil devant être 28/5 = 5,6 w/m, ce qui correspond à une longueur de fil de 140/5,6 = 25 mètres.
L'intensité du courant étant d'autre part 140/220 = 0,64 A.
La résistance unitaire du fil devra être égale à 5,6 w/m/0,64 X 0,64 A = 13,5 ohms/m.
Le circuit est bien entièrement déterminé. L'installation décrite montre qu'il est possible d'adapter avec précision les caractéristiques des trames chauffantes aux déperditions calorifiques des parois, en fixant de plus à l'avance, tel paramètre qu'on juge utile.
Bien entendu, pour une même trame, il est possible de changer les écartements des fils appartenant ou non à des circuits différents, suivant qu'on veut renforcer ou diminuer l'émission calorifique superficielle d'une certaine partie de la paroi.
Sur la fig. 4 on a représenté un mode de réalisation de l'équipement d'une paroi M au moyen de trois circuits Cl, C2, C3.
Les fils chauffants 11 de chaque circuit peuvent être avantageusement constitués comme le montre la fig. 8. Sur une âme 131 en matière minérale filée ou étirée, résistant bien à la chaleur est enroulé hélicoïdalement à spires non jointives un fil résistant 132 à coefficient de dilatation thermique très faible ou nul tel que le constantan. L'hélice 132 est recouverte d'un mince manchon isolant 133 également en matière minérale textile, telle qu'une tresse de fibres de verre ou de laine minérale. Sur le manchon 133 est déposé par trempage un revêtement isolant souple 134 par exemple.
en caoutchouc chloré, caoutchouc synthétique au silicone, ou autre matière souple capable de résister à la chaleur.
En service la température du fil résistant 132 peut être par exemple de 1001, et celle du revêtement 134 de 500.
Le fil isolé ainsi constitué est tendu (fig. 4 et 9) sur des cadres 31 juxtaposés et fixé sur ceux-ci par exemple par des arceaux 91. En arrière des fils 11
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se trouvent une cloison 32 d'un isolant thermique (par exemple plaque à base de tissu de verre ou d'une matière plastique alvéolaire), une plaque réfléchissante 33 telle qu'une tôle polie et une seconde cloison isolante 32', analogue à 32, portée par un cadre 31' attaché au cadre 31. Les cadres 31, 31' s'étendent de préférence sur toute la hauteur du mur.
En avant de ces cadres est disposée une paroi 35, par exemple en papier peint, tissu synthétique, tôle peinte ou plaque de matière plastique. Cette paroi sert d'émetteur secondaire et de diffuseur pour le rayonnement infrarouge produit par les fils 11.
Les cadres 31 peuvent être agencés pour assurer en outre des courants de convection grâce à des canaux de circulation d'air 92 qui débouchent dans le local. Une telle structure est très légère et présente une inertie thermique très faible.
Bien que les divers circuits Cl, C@, C3 puissent être alimentés par les mêmes conducteurs et commandés par un seul thermostat, conformément à l'installation de la fig. 3, on peut mettre à profit le découpage en circuits pour constituer dans un même local ou un même appartement divers réseaux possédant des moyens de commande distincts.
Ainsi dans le cas de la fig. 4, les circuits CI, C3 sont alimentés par les conducteurs 41, commandés par le thermostat 42 tandis que le circuit C2 est alimenté par le conducteur 43 placé sous la commande du thermostat 44, étant entendu qu'à chaque thermostat peut être associé un circuit dérivé muni d'un interrupteur permettant de le court-circuiter, pour assurer une marche continue.
Sur la fig. 4 les connexions ont été, pour plus de clarté, séparées des circuits Cl, C9, C3, mais bien entendu, dans la pratique les conducteurs d'alimentation 41, 43 sont groupés dans une même canalisation, logée dans la plinthe ou le plafond.
Le thermostat 42 peut être placé à l'extérieur du local et assurer la mise en route automatique des circuits Cl, C3 dès que la température extérieure descend au-dessus d'une valeur déterminée, tandis que le thermostat 43 placé à l'intérieur du local fournit un chauffage d'appoint au moyen du circuit C3.
Compte tenu de la répartition des trames chauffantes en circuits, par l'utilisation de plusieurs réseaux, et au moyen de thermostats et de contacteurs judicieusement disposés on peut réaliser très simplement des installations offrant une souplesse de marche qu'il n'est pas possible d'obtenir avec des moyens de chauffage électrique usuels, tels que des radiateurs.
Une telle installation est représentée sur le mode unifilaire à la fig. 5, où l'on voit en 51 et 52 deux pièces du local à chauffer dont les murs extérieurs sont schématisés en 50.
Dans chaque pièce, les divers circuits de chauffage sont groupés en deux réseaux symbolisés en G et H, et commandés par des interrupteurs manuels indépendants 53, 54, l'un de ces réseaux H étant de plus soumis à un thermostat d'ambiance 55, intérieur au local considéré.
En dehors de ces dispositifs de commande locale est prévue une commande générale à combinaisons multiples qui comprend, à partir du secteur d'alimentation 56 et du disjoncteur 57, deux circuits de commande pour les réseaux G et H respectivement.
Le circuit de commande du réseau G comporte en aval de l'interrupteur général 61, un contacteur 62 actionnant le contact 63 en série avec l'interrupteur 61.
Le contacteur 62 peut être commandé soit par un thermostat 64 situé à l'extérieur du local et soumis à la température te, qui actionne un contact 65, soit par un interrupteur manuel 66.
Le circuit de commande du réseau H comprend en parallèle avec un interrupteur manuel 67, un circuit comprenant un interrupteur 68, et un contact 71 d'un contacteur 72 lui-même commandé par un thermostat 73, placé dans une pièce témoin, réglé à la température minimum de nuit et qui permet d'assurer une température minimum à l'ensemble.
Avec une installation de ce genre, les diverses allures de chauffe suivantes peuvent être prévues Marche normale de jour Interrupteurs 61 et 67 fermés, 66 et 68 ouverts. Le réseau G est placé sous la commande du thermostat extérieur 64. En effet, si la température extérieure descend au-dessous de la valeur fixée, le contact 65 se ferme, ce qui excite le contacteur 62 qui ferme le contact 63, assurant l'alimentation des résistances du réseau G.
Le réseau H est placé sous la commande de chaque thermostat local 55, qui provoque l'alimentation des résistances intéressées si la température ambiante est inférieure à la valeur fixée. Les circuits du réseau H dans chaque pièce peuvent ainsi fonctionner en clignotement et fournir un chauffage d'appoint.
Marche de nuit a) Températures extérieures supérieures à -70 C par exemple. Les interrupteurs 66, 61, 67 sont ouverts et l'interrupteur 68 est fermé.
Le réseau G est hors circuit.
Le réseau H est placé sous la commande du thermostat 73. Il est enclenché si la température dans la pièce-témoin descend au-dessous de la valeur prescrite.
b) Températures extérieures inférieures à -7 C. Les interrupteurs 61, 66 et 68 sont fermés, 67 reste ouvert.
Le réseau G marche en permanence.
Le réseau H fournit l'appoint, sous le contrôle du thermostat 73 de la pièce-témoin.
Mise en régime du matin Les interrupteurs 66, 61, 67 sont fermés et l'interrupteur 68 ouvert. Les réseaux G marchent en continu, les réseaux H marchent en fonction de la commande des thermostats d'ambiance 55.
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Au bout du délai suffisant, on peut reprendre le régime de marche normale de jour, en ouvrant le contact 66.
Une telle installation, qui assure un régime oscillant entre plusieurs niveaux de chauffe déterminés augmente notablement l'impression de confort pour les occupants du local.
Dans le cas où les circuits chauffants sont répartis en plusieurs réseaux, il peut être avantageusement prévu une répartition imbriquée des fils chauffants de deux circuits distincts.
Une telle disposition est visible fig. 6, où les fils résistants 81 alimentés par les conducteurs 84 appartiennent à un premier réseau G, tandis que les fils 83 alimentés par les conducteurs 82 appartiennent à un second réseau H. En projection les fils 83 sont équidistants des fils 81.
Dans un mode d'exécution pratique (fig. 7), les fils 81, 83 peuvent être tendus, sur un même cadre 85, au moyen de crochets 86 de façon à constituer deux nappes de fils équidistantes.
Grâce à cette structure, on évite tous points chauds qui pourraient provenir du contact de deux fils résistants, ce qui se produirait aux points de croisement, si les deux nappes de fils étaient coplanaires.
Avec un montage de ce genre, l'émission calorifique peut être uniforme pour toute la surface de la paroi, seul varie le taux d'émission calorifique superficiel, suivant le mode d'alimentation des réseaux.