Brevet FR2304739A1 — publié le 19761015

La présente invention concerne un bâtiment à mouvement naturel d'air. De façon plus précise, le bâtiment selon l'invention permet à 1' air contenu à l'intérieur de se renouveler, et éventuellement d'abaisser la température de cet air. Ce double but était réalisé jusqu'à présent par l'utilisation de ventilateurs; il s'agissait alors d'une ventilation dynamique, puisque c'est un organe en mouvement qui crée le mouvement d'air désiré. Cette ventilation dynamique présente de graves inconvénients. Tout d'abord, elle utilise de l'énergie, électrique notamment. Cela n'est pas trop grave lorsqu'il s'agit d'un petit ventilateur placé dans un local de faibles dimensions, mais cela devient important pour des bâtiments de grandes surfaces tels que halls, hangars, ateliers, où il y a lieu de prévoir la présence de nombreux et puissants ventilateurs, très fortement consommateurs d'énergie. En outre, cette ventilation dynamique perturbe les conditions atmosphériques du local. En effet, une telle ventilation a l'inconvénient majeur de mettre ledit local soit en dépression, soit en surpression, ce qui est néfaste aux êtres vivants situés à l'intérieur dudit local. Dans un premier cas, il y a expulsion de l'air interne du local dans sa partie basse, l'air de renouvellement arrivant de l'extérieur par la partie haute dudit local : il y a alors une légère dépression dans le local; de plus, la prise d'air se fait dans une partie haute, et donc dans une zone où l'air est relativement chaud, surtout en raison de l'effet radiateur dû à la couverture du local. C'est donc de l'air chaud qui rentre dans le local. Dans un second cas, le ventilateur est placé dans la partie médiane du bâtiment et envoie de l'air à l'intérieur du bâtiment : il y a une légère surpression dans le local; de plus, comme précédemment, il y a effet radiateur dû aux cloisons externes du bâtiment, ce qui a pour effet d'envoyer de l'air chaud dans ledit bâtiment. Dans un cas comme dans l'autre, il y a introduction d'air chaud dans le local avec création de mouvements turbulents, d'où une sensation désagréable pour les êtres vivants situés dans ledit local. Le bâtiment selon l'invention pallie ces divers inconvénients, nMr tilise aucune énergie et permet un renouvellement naturel d'air à l'intérieur dudit bâtiment. De plus, ce bâtiment permet une auto-régulation de la température à l'intérieur. Le bâtiment selon l'invention comprend des cloisons verticales et une toiture, du type où lesdites cloisons et ladite toiture sont constituées d'une double paroi, à savoir une paroi externe, conductrice thermiquement, et une paroi interne, isolante thermiquement et séparée de ladite paroi externe, ledit bâtiment étant notamment remarquable en ce qu'il comprend en outre des moyens provoquant entre lesdites parois et dans le bâtiment un mouvement naturel d'air, de façon à renouveler l'air à l'intérieur du bâtiment, et, éventuellement, à en abaisser la température. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre faite en regard des figures données à titre indicatif et nullement limitatif parmi lesquelles - la figure 1 est une vue générale du bâtiment selon l'invention - la figure 2 est un détail d'un bâtiment selon une variante d'éxécution de l'invention - la figure 3 montre la circulation de l'air dans le bâtiment, sous forte chaleur extérieure - la figure 4 montre la circulation de l'air dans le bâtiment sous faible chaleur extérieure - la figure 5 représente partiellement, deux bâtiments selon l'invention associés à un humidificateur d'air - la figure 6 montre schématiquement la récupération de l'air chaud au sommet du bâtiment, et - la figure 7 illustre une partie des moyens utilisés pour la récupération représentée à la figure 6. Selon la figure 1, on peut voir une vue d'ensemble du bâtiment 1 selon l'invention. Ce bâtiment comprend des cloisons verticales constituées d'une paroi externe 2 et d'une paroi interne 3, laissant entre elles un espace 4, et une toiture également constituée d'une paroi externe 5 et d'une paroi interne 6 laissant entre elles un espace 7. Les parois 2 et 5 sont conductrices thermiquement, alors que les parois 3 et 6 sont isolantes thermiquement. Préférentiellement, les parois 2 et 5 sont réalisées en une même matière telle que l'acier, et il en est de même pour les parois 3 et 6. La figure 2 fait apparaitre une partie des moyens permettant le renouvellement naturel d'air à l'intérieur du bâtiment; ces moyens consistent tout d'abord en une entrée d'air située à la base des cloisons verticales, et munie éventuellement de volets 8 ou analogues réglant ainsi l'arrivée d'air frais entre les parois 2 et 3; il convient en effet de noter que la prise d'air se faisant au ras du sol conduit à prendre un air frais. On aperçoit également sur cette figure 2, une fenêtre à double paroi 9a et 9b équipant le bâtiment. Le matériau constituant les parois 9a et 9b est intermédiaire entre les parois 2 et 3 pour ce qui est de l'isolation ou de la conductibilité thermique; toute fois, la chaleur ne pénétrera pas dans le bâtiment par cette fenêtre, en raison du mouvement ascendant de l'air entre les parois 9a et 9b; ce mouvement sera décrit plus avant dans la description. La figure 3 permet précisément de voir la circulation de l'air dans le bâtiment, lorsqu'il règne à l'extérieur une forte chaleur. Dans cette hypothèse, les volets 8 sont largement ouverts de facon à laisser entrer un important flux Fo d'air frais. En raison de la chaleur régnant à l'extérieur, la paroi métalli- que 2 va s'échauffer très rapidement, de sorte que la portion d'air en contact avec cette paroi conductrice therniquement va s'échauffer et, pour des raisons thercodynasiques va s 'éleveur entre les parois 2 et 3; il va ainsi se créer une lae d'air chaud dont la vitesse ira en augmentant puisqu'elle captera au fur et à mesure les calories contenues dans la paroi chaude 2. La viscosité de l'air est telle que cette lame d'air chaud entraîne une lame d'air frais qui longera la paroi isolante 3.Le volet 10, en ratière isolante thermique ent, étant ouvert, et l'air frais ayant une densité supérieure à celle de l'air chaud, ledit air frais va profiter de l'ouverture due au volet 10 pour descendre à l'intérieur du bâtiment selon la flèche F1. Le cycle se poursuit par une remontée F3 de l'air plus chaud contenu dans le bâtiment , une évacuation de l'air chaud étant alors prévue au sommet du bâtiment.Cette évacuation se fait notamment grâce à un espace 11, prévu entre les deux parois 6 constituant la toiture, et grâce à au moins un volet; la figure 3 fait apparattre deux volets 12 disposés de part et d'autre de la panne faîtière L'agencement est tel, qu' - une fois ces volets 12 ouverts, on a un système de Venturi, créant une dépression locale, et permettant à l'air chaud d'être évacué (flèches F2 et F3). On aboutit bien ainsi à un mouvement naturel d'air à l'intérieur d'un bâtiment. Toutefois, ce mouvement ne peut se faire que pour autant que lté- coule en de l'air entre les parois 2 et 3, et 5 et 6 soit, le plus possible laminaire. Le bâtiment selon la présente invention offre des caractéristiques aboutissant à un écoulement laminaire de l'air. En premier lieu un déflecteur 14, préférentiellement légèrement concave est disposé à la jonction des parois 2 et 5, de façon à ce que ladite jonction se fasse sans point anguleux. En outre, il faut absolument conserver dans l'espace 4 une lame d'air chaud glissant sur une lame d'air frais, et il faut donc calculer en conséquence la distance séparant les parois 2 et 3. En effet, si cette distance est trop faible, on a un effet radiateur, et par suite tout l'air occupant l'espace 4 sera chaud : on aboutit à une colonne ascendante d'air chaud.Le volet 10 étant ouvert, c'est donc de l'air chaud qui pénétrer dans le bâtiment selon le parcours F1. En revanche, si cette distance est trop importante, il n'y aura pas d'effet radiateur, mais les deux lames d'air chaud et frais seront trop éloignées pour que la première entraîne par viscosité, la seconde, réduisant ainsi le flux F1, cet inconvénient étant toutefois moindre que le précédent. Après de nombreuses recherches, il a été trouvé que le rendement optimal correspondait à une distance séparant les parois 2 et 3 supérieure ou égale à 10 % de la hauteur desdites parois. La distance maximale, qui est moins importante, dépend en fait d'autres facteurs : ossature utilisée pour la construction du bâtiment place disponible... En outre, le flux F2 d'air chaud voit sa température s'élever peu à peu et donc son volume croître; afin d'améliorer encore la circulation d'air, il a été prévu d'avoir une distance séparant les parois 5 et 6, et donc correspondant à l'espace 7, supérieure à la distance séparant les parois 2 et 3. La figure 3 fait aussi apparaître des éléments 13, qui doublent les volets 12; ces éléments sont en fait des volets, placés à une faible distance des volets 12 et donc disposés au dessus de l'espace 11, ces éléments 13 étant préférentiellement constitués de plaques planes translucides. Le rôle de ces éléments 13 apparaîtra plus clairement à la figure 4. Cette figure 4 représente en coupe le bâtiment, en cas de faible chaleur extérieure. Dans ce cas, les volets 8 d'entrée d'air sont pratiquement fermés, de même que les volets 10 et 12; de cette façon, il n'y a que très peu d'air frais entrant dans l'espace 4, le peu qui entre étant éventuellement réchauffé par l'ensoleillement, même réduit, de ltextérieur. En raison des espaces 4 et 7 et de la couche isolante formée par les parois 3 et 6 et les volets 10, l'intérieur du bâtiment est donc isolé des faibles températures extérieures; la seule ouverture dans cette couche étant l'espace 11 situé entre les parois 6, il a été prévu de doubler les volets 12 par des volets 13,augmentant ainsi le coefficient d'isolation du bâtiment. Cette augmentation est encore accrue par la présence de fenêtres à double paroi; en effet, dans le cas d'une faible température extérieure, la double paroi empêche une perte de chaleur de l'intérieur, et dans le cas d'une forte température extérieure, l'intérieur du bâtiment est cependant isolé,en raison de la circulation d'air qui existe entre les parois 2 et 3, cette circulation entraînant les calories qui auraient pû traverser la paroi externe de la fenêtre, de telle sorte qu'il nty a pratiquement pas de calories traversant la paroi interne, ladite circulation d'air étant d'autant plus importante que la température extérieure est élevée. I1 est bien entendu que suivant les condition climatiques (tempé rature, vents...) il est possible de régler différemment les volets 8, 10 et 12, de façon à ce que lesdites conditions n'influent pas sur le renouvellement d'air à l'intérieur du bâtiment. La figure 5 fait apparaître une variante d'exécution du bâtiment selon l'invention. Dans ce cas, en effet, l'entrée d'air frais située à la base des parois 2 est associée à un humidificateur d'air. Ce dernier, selon la figure 5, comprend une plaque isolante 15 reliant les deux cloisons 2 de deux bâtiments voisins dans leur partie inférieure. De l'eau 16 circule sur cette plaque, un dispositif connu en soi et non représenté ici permet d'obtenir un rideau d'eau 17 à travers lequel passe le flux Fo d'air frais. Cet humidificateur peut bien évidemment être appliqué à un seul bâtiment, la plaque 15 correspondant par exemple sensiblement au niveau du sol, et l'entrée d'air se faisant donc en dessous du niveau du sol. D'autres réalisations sont possibles sans pour autant sortir du cadre de la présente invention en ce qui concerne cet humidificateur. I1 est parfois intéressant de récupérer l'air chaud qui arrive au sommet du bâtiment, afin de le recycler pour une utilisation donnée. Divers circuits de recyclage sont envisageables; les figures 6 et 7 illustrent un tel circuit élaboré à partir de l'ossature du bâtiment soutenant les cloisons et la toiture. Cette ossature est réalisée à base d'éléments profilés en C, tout au moins pour ce qui est des pannes. La récupération de l'air chaud se fait alors, d'après la figure 6, en utilisant la panne 18 située près de la panne faîtière, cette panne 18 étant préférentiellement munie d'une plaque perforée 19 de façon à créer un conduit 20 où l'air chaud sera évacué. Afin de bien récupérer tout l'air chaud, un volet 21, ici représenté en position fermée, obture la partie de l'espace 7 située entre la panne 18 et la paroi interne 6; un dispositif, non représenté ici, permet d'ouvrir le volet 21 , position en pointillés, lorsqu'on ne désire pas récupérér l'air chaud. La figure 7 permet de mieux voir la panne 18 munie de sa plaque 19 avec les perforations 21. I1 convient de noter que l'air chaud récupéré dans le conduit 20 est relativement sec en raison du passage de l'air chaud sous la paroi 5 fortement chauffée par le rayonnement solaire; il sera donc possible d'utiliser l'air chaud récupéré à des fins de séchage. Le bâtiment trouve son application en particulier pour les locaux d'habitation, les bâtiments d'élevage, ou même les édifices publics, notamment dans le cas des pays chauds. REVENDICATIONS 1) Bâtiment comprenant des cloisons verticales et une toiture, du type où lesdites cloisons et ladite toiture sont constituées d'une double paroi, à savoir une paroi externe, conductrice thermiquement, et une paroi interne, isolante thermiquement et séparée de ladite paroi externe, bâtiment caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens provoquant entre lesdites parois et dans le bâtiment un mouvement naturel d'air de façon à renouveler l'air à l'intérieur du bâtiment, et, éventuellement, à en abaisser la température. 2) Bâtiment selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent notamment au moins une entrée d'air disposée à la base de la paroi externe constituant lesdites cloisons verticales, ladite entrée étant éventuellement obturable à l'aide de volets ou analogues. 3) Bâtiment selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent en outre une ou des ouvertures situées en haut de la paroi interne constituant lesdites cloisons verticales. 4) Bâtiment selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite ou lesdites ouvertures peuvent être plus ou moins fermées à l'aide de volets ou analogues,lesdits volets étant en matière isolante thermiquement. 5) Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit bâtiment comprend une évacuation d'air chaud au faîtage de la toiture 6) Bâtiment selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite évacuation se fait grâce à un ou plusieurs volets disposés préférentiellement de part et d'autre de la panne faîtière et formant une partie de la paroi externe constituant ladite toiture, un espace étant en outre ménagé au fait de la toiture, entre les parois internes formant ladite toiture, ledit espace étant situé en dessous du ou des volets. 7) Bâtiment selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou lesdits volets sont doublés d'une plaque plane translucide, légèrement écartée du ou desdits volets, et disposée au dessus dudit espace. 8) Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il est muni de fenêtres à double paroi, chaque paroi desdites fenêtres étant coplanaire avec les parois interne et externe des cloisons. 9) Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la jonction entre les parois externes des cloisons et de la toiture se fait à l'aide d'un déflecteur préférentiellement légèrement concave, raccordant ainsi, sans point anguleux, les cloisons verticales et la toiture oblique. 10) Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ca ractérisé en ce que 11 espace compris entre les parois internes et externes des cloisons et de la toiture est calculé dè telle sorte que l'écoulement de l'air à l'intérieur dudit espace, soit le plus possible laminaire. 11) Bâtiment selon la revendication 10 caractérisé en ce que la distance séparant les parois interne et externe des cloisons est au moins égale à 10 % de la hauteur desdites cloisons. 12) Bâtiment selon la revendication 10 caractérisé en ce que la distance séparant les parois interne et externe de la toiture est supérieure à celle séparant les parois interne et externe des cloisons. 13) Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que l'entrée d'air située à la base de la paroi externe des cloisons est couplée à un humidificateur d'air, l'air extérieur passant par cet humidificateur avant de pénétrer dans lesdites cloisons. 14) Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce qu'il est muni en outre d'un circuit de recyclage d'air chaud, ce dernier étant capté au niveau de l'évacuation située au faîtage de la toiture. 15) Bâtiment selon la revendication 14 caractérisé en ce que ledit air chaud est capté par des pannes de la toiture, à profil C, préférentiellement recouvertes d'une plaque perforée, lesdites pannes étant situées au voisinage de la panne faîtière, un ou des volets ou analogues étant en outre éventuellement prévus pour obturer 1' espace compris entre les parois interne et externe de la toiture, obligeant ainsi l'air chaud circulant entre les deux parois de ladite toiture de pénétrer dans les perforations des pannes.