Brevet FR2300860A1 — publié le 19760910

L'invention se rapporte à un élément de cloison d'immeuble à grande capacité calorifique, comprenant au moins une couche calorifuge et au moins une couche accumulatrice de chaleur. On sait que les grandes masses accumulatrices de chaleur, telles qu'elles existent dans les anciennes constructions à murs épais et petites fentres, équilibrent la température à l'intérieur des immeubles ainsi réalisés, de sorte que les températures internes ne montent pas trop fortement m8me pendant les jours chauds de l'été et ne tombent pas trop fortement pendant les jours froids d'hiver. Les constructions actuelles permettent certes de réduire de manière satisfaisante les pertes de chaleur à travers les parois au moyen de couches isolantes. I1 n'en résulte toutefois aucune amélioration notable de la capacité d'accumulation de chaleur des bâtiments modernes, car les isolants généralement utilisés ntont pas une grande capacité calorifique. Bien que les pertes de chaleur soient faibles dans les immeubles modernes, il leur manque l'effet d'équilibrage de masses ayant une inertie thermique. Les conditions atmosphériques telles que le rayonnement solaire ou les variations de la température extérieure se transmettent donc à bref délai dans les pièces intérieures. Les conditions météorologiques se font donc sentir de manière gênante et il n'est possible de les combattre qu'à grande dépense d'énergie au moyen d'appareils de climatisation. Une cloison d'immeuble du type-mentionné est donc destinée d'une part à atténuer et d'autre part à ralentir les fluctuations de température dues à l'atmosphère extérieure. I1 existe donc des cloisons permettant de déphaser avec retard les fluctuations de température de l'atmosphère à l'intérieur des pièces (brevet des EUA nO 3 45 0192) Cette cloison connue se compose également d'une couche calorifuge -consistant en matières solides ou fibreuses connues, utilisées pour les isolations- et d'une couche accumulatrice de chaleur, le milieu d'acciimulation utilisé consistant également en matières solides connues en construction ou aussi en eau -éventuellement sous forme d'eau de cristallisation ou sous forme d'eau de constitutionet en d'autres liquides. L'atténuation mentionnée de température peut se représenter en première approximation sous forme de diminution d'amplitude d'une oscillation dont la périodes est de 24 h conformément aux fluctuations de température en fonction du temps de l'atmosphère extérieure On peut montrer que l'atténuation et le déphasage avec retard sont une fonction de cette période et de la constante de temps T. Par ailleurs, la constante de temps T d'une cloison de ce type est de son c8té directement proportionnelle à la masse m et à la chaleur spécifique c de la matière de la couche accumulatrice et inversement proportionnelle au coefficient de conductibîlité thermique k de la couche calorifuge. Pour obtenir par exemple un déphasage avec retard proche de ltidéal, c'est-dire d'environ 12 h, ainsi qu'une atténuation très grande d'amplitude des oscillations de la température interne par rapport à la température extérieure, il est nécessaire que la constante de temps T ait si possible une valeur de plusieurs jours.Les valeurs de la chaleur spécifique de la matière accumulatrice ne pouvant etre accrues que dans d'étroites limites, il n'est possible d'obtenir une constante déterminée de temps que par augmentation de la masse m de la matière accumulatrice et/ou par abaissement du coefficient de conductibilité thermique k de la couche calorifuge. I1 est toutefois préférable en construction que la masse d'un élément de cloison et donc essentiellement la masse de la matière accumulatrice soient très faibles; l'invention a donc pour objet un élément de cloison à grande chaleur spécifique de la couche accumulatrice et à très bonne isolation thermique de la couche calorifuge. Selon une particularité essentielle de l'invention, la couche calorifuge placée du c6té de l'atmosphère extérieure se compose de deux panneaux ou plaques disposés à distance l'un de l'autre, enveloppant hermétiquement une cavité et ayant un grand pouvoir réfléchissant du rayonnement thermique, tandis que la couche accumulatrice de chaleur est placée du caté de l'intérieur et consiste en une autre cavité fermée hermétiquement par des panneaux ou plaques et remplie de matière accumulatrice de chaleur. L'invention permet ainsi de réduire considérablement de manière connue la transmission de chaleur par la couche calorifuge, car cette couche selon l'invention améliore notablement surtout la qualité d'isolation de l'élément vis-à vis du rayonnement thermique. Les panneaux ou plaques de la couche calorifuge peuvent avantageusement être en verre- et enduites au moins d'un c8té d'un revêtement très réfléchissant dans la plage du rayonnement thermique; les panneaux ou plaques peuvent cependant aussi autre en métal ou en une feuille métallique déposée sur un substrat, au moins une surface de chaque partie de 'enceinte de la cavité renfermant la couche calorifuge pouvant Etre réfléchissante. Il est par ailleurs utile, lorsque les panneaux ou plaques sont métalliques, que des raccords de matière isolante de la chaleur relient le substrat et/ou les panneaux ou plaques le long de rieur périphérie. t' élément de cloison selon l'invention est par ailleurs utilisable en fenêtre lorsque les panneaux ou plaques -qui sont de préférence en verre- et la matière accumulatrice sont transparents et que les revetements qui réfléchissent la chaleur sont au moins partiellement transparents à la lumière visible. Les rev & ements de ce type qui conviennent sont par exemple les couches minces, déposées par pulvérisation ou vaporisation, d'or, d'oxyde stannique (SnO2) ou d'oxyde d'indium (In20,) dopé à l'étain. Différents moyens permettent dtaméliorer encore le calorifugeage. Il est possible ainsi de prévoir dans la cavité de la couche calorifuge au moins une autre cloison ayant un fort pouvoir réfléchissant au moins pour le rayonnement thermique. Il est par ailleurs possible de réduire la conductibilité thermique de la couche calorifuge en remplissant la cavité de cette dernière d'un gaz ayant un faible pouvoir de transmission thermique, par exemple de crypton. Une autre amélioration permettant d'atteindre le meme objectif consiste à mettre cette cavité sous vide à une pression inférieure à 0,1 mbar. Les matières accumulatrices à chaleur spécifique élevée peuvent être par exemple un liquide, en particulier l'eau ou des solutions aqueuses, ces dernières ayant donné des résultats particulièrement bons, le liquide devant être transparent et l'énergie incidente devant être au moins pratiquement absorbée dans l2infra-rouge, ce-résultat s'obtenant par exemple par une solution de sulfate de cuivre dans eau en concentration d'au moins 10 g/l.Une autre possibilité d'amélioration de l'effet d'accumulation consiste à utiliser un liquide constitué d'une substance ou d'un mélange de substances qui subit une transformation de phase dans la plage des températures agréables comprises entre 18 et 2500 environ; les substances de ce type sont par exemple la glycérine, lacétophénone ou le chromate neutre hydrolysé de sodiun. Lorsque la matière accumulatrice utilisée dans un élément de cloison est un liquide, il faut l'enrober de préférence dans la cavité de a couche accumulatrice de chaleur de manière à l'empocher si possible pratiquement de fuir. Ce résultat s'obtient par exemple par des moyens chimiques -en mettant l'eau sous forme d'eau de constitution- , par des moyens mécaniques -en subdivisant le liquide en petits volumes, par exemple dans des espaces ayant la forme de billes creuses ou de nids d'abeilles ou de petits tubes- ou par des moyens physiques. Ces moyens physiques consistent par exemple à fixer le liquide par capillarité sous forme finement subdivisée dans un substrat, par exemple dans une matière alvéolaire à pores ouverts.D'autres exemples de procédés chimiques et/ou physiques sont par exemple ceux qui consistent à provoquer la prise de l'eau au moyen d'une substance gélificatrice, par exemple de gélatine, de colle, d'agar-agar ou de verre soluble. On sait que ces liants élèvent d'un multiple la viscosité de l'eau. I1 peut autre par ailleurs utile d'additionner le liquide éventuellement d'un agent de protection contre le gel. I1 est possible d'élever l'effet de l'élément de cloison selon l'invention en le réalisant à l'aide de plusieurs couches calorifuges et accumulatrices de chaleur qui se succèdent en alternant dans le sens du flux de chaleur. L'élément de cloison selon l'invention étant essentiellement destine à former un mur extérieur, sa surface extérieure doit résister aux intempéries et à la corrosion. Un matériau qui convient et qui satisfait pratiquement à tous les critères est le verre. Bien entendu, les matériaux de construction utilisés peuvent aussi consister en plaques métalliques, notamment en plaques d'aluminium. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe transversale d'un élément de cloison qui comprend une couche calorifuge et une couche accumulatrice de chaleur; la figure 2 est une coupe transversale d'une couche calorifuge formée d'un assemblage de plaques métalliques; la figure 3 est une coupe transversale d'un élément de cloison conçu essentiellement pour etre fabriqué en verre; la figure 4 est une coupe transversale d'une autre variante de réalisation dans laquelle une couche accumulatrice de chaleur est recouverte sur chaque surface d'une couche calorifuge; la figure 5 est une coupe transversale d'unmode de réalisation constitué de plusieurs couches alternées calorifuges et accumulatrices de chaleur; et la figure 6 est une coupe transversale d'une variante de réalisation de la couche calorifuge. L'élément de cloison selon la figure 1 consiste en une couche calorifuge 1 assemblée par un liant 3, par exemple une colle, à une couche 2 accumulatrice de chaleur. La couche 1, qui est par exemple en verre, se compose d'une cuvette 4 et d'un couvercle 5. La cuvette 4 et le couvercle 5, qui renferment une cavité 40, sont enduits d'un revêtement réfléchissant 41 sur leur surface tournée vers cette cavité 40. Ce revêtement peut consister d'une part en une simple métallisation, par exemple d'aluminium ou d'argent, à condition que l'élément de cloison ne doive pas aussi former une entre Dans ce cas, le rev & ement 41 peut aussi consister d'autre part en une matière qui est pratiquement transparente à la lumière visible et qui est très réfléchissante pour le rayonnement infra-rouge. Les revgtements, par exemple les couches de ce type peuvent consister de manière connue en oxyde stannique, en oxyde d'indium dopé par de l'étain ou en un métal convenable, en particulier l'or. Un joint soudé 6 relie la cuvette 4 et le couvercle 5 le long de leur périphérie. La cavité 40 peut autre mise sous vide par un tube d'évacuation 7 afin, soit de remplacer l'air par un autre gaz, tel que le crypton, à mauvais coefficient de conductibilité thermique, soit d'y maintenir un vide isolant. On sait que celui-ci doit etre suffisamment poussé pour que le libre parcours moyen du gaz résiduel occlus soit plus grand que la distance séparant les panneaux. En admettant que la distance séparant les panneaux soit comprise entre 1 et 20mm, la pression maximale admissible d'une isolation par le vide de ce type doit donc autre d'en viron 5,10-2 2 à 5.10 3 millibars. Des petits éléments d'appui 8 isolants de la chaleur et résistant à la compression, par exemple des petites tiges de verre d'environ 3 à 5mm de diamètre, sont régulièrement répartis entre les surfaces de la cuvette 4 et du couvercle 5 pour permettre à ces derniersZe supporter mécaniquement la pression d'environ 1 bar qui s'exerce sur eux lorsque l'isolation est créée par le vide. Ces petites tiges sont réalisées de préférence directement en une pièce avec le couvercle 5. lie flux de chaleur par le joint 6 et les éléments d'appui 8 est relativement faible et peut en général etre négligé, car ces éléments 8 ainsi que les parois latérales de la cuvette 4 sont en matière qui est bien isolante. Le flux de chaleur par ces éléments de jonction entre les deux panneaux peut encore Autre réduit par prolongation artificielle de la longueur du parcours représenté par ces éléments de liaison, par exemple en leur conférant une forme en V. la couche 2 accumulatrice de chaleur consiste en un récipient 42 qui contient une matière 9 accumulatrice de chaleur. Lorsque cette matière 9 est un liquide, il faut que le récipient soit étanche à la vaporisation; il est donc avantageux qu'il soit par exemple aussi en verre ou en métal et qu'il soit solidarisé avec un couvercle 10 par collage, fusion ou brasage.Le remplissage de la cavité du récipient a lieu par un trou 14 qui est ensuite obturé par un bouchon 15 de manière étanche:à la diffusion; l'air peut alors s'échapper de la cavité par un autre trou 12 qui permet aussi d'évacuer la chambre ll remplie de vapeur qui subsiste au-dessus du niveau du liquide à la fin du remplissage Cette chambre Il remplie de vapeur doit permettre la dilatation de la matière accumulatrice 9 lors des élévations de température, tandis que la dépression est destinée à provoquer un effort de pression s'exerçant de l'extérieur vers l'intérieur sur la surface relativement grande de la paroi du récipient 42 et s'opposant à la pression statique de la matière accumulatrice 9. -I)es éléments d'appui 13 aussi répartis sur la surface des parois et analogues aux éléments 8 absorbent pratiquement cet effort de compression La dépression régnant dans l'espace Il peut avantageusement correspondre précisément à la pression statique exercée par le liquide accumulateur en raison de la hauteur de l'élément. Il est bien entendu que l'espace 11 peut aussi être rempli de liquide accumulateur de chaleur. Il n'existe dans ce cas aucun élément d'appui 13 de manière que les parois latérales puissent absorber la dilatation du liquide par leur élasticité propre. L'eau et les solutions aqueuses sont les liquides accumulateurs de chaleur le plus souvent utilisés. Des substances en solution qui élèvent le pouvoir d'absorption de la matière en présence de rayonnement thermique permettent d'augmenter considérablement sa capacité d'accumulation de chaleur Une solution aqueuse de CuSO4 à raison de 10 g/l peut autre citée à titre d'exemple. Cette solution de sulfate de cuivre est par ailleurs pratiquement incolore, de sorte qutelle est utilisable comme l'eau pour constituer une matière accumulatrice destinée à des éléments de cloison formant fenttres et dans lesquels , bien entendu, les panneaux et plaques sont transparents et de même les revEtements réfléchissants et éventuellement l'adhésif sont aussi transparents à la lumière visible. Des réactions chimiques et/ou des moyens physiques ou mécaniques permettent de lier un liquide de manière qu'il ne puisse pas fuir mEme lorsque la couche accumulatrice est détériorée. Ces moyens sont par exemple des additifs tels que l'agar-agar et la gélatine qui élèvent fortement la viscosité du liquide, ou l'utilisation dteau de constitution ou encore la subdivision de la matière accumulatrice en volumes partiels renfermés dans des tubes petits et très petits ou dans des espaces en forme de billes creuses. Un procédé d'élévation du pouvoir accumulateur de la matière consiste à utiliser une substance ou un mélange de substances qui subit une conversion de phase dans la plage des températures agréables auxquelles se trouvent la pièce et donc la paroi. Ces substances ont été mentionnées plus haut et sont~l'acétophénone, la glycérine et le chromate neutre hydrolysé de sodium. Il est possible finalement d'utiliser lteau aussi sous forme d'eau de constitution de sels d'accumulation de chaleur. Des exemples en sont le borate de sodium (Na23407. 10 H2Q), le thiosulfate de soude (Na2S203 x 5 H20) et le sulfate d'aluminium (A12(S04)3 x 18 H20). Les panneaux de la couche calorifuge de la figure 2 sont des plaques métalliques 16 et 17 polies au moins sur la surface intérieure et reliées hermétiquement par un cadre 18 de verre ou de céramique ainsi que par des éléments du appui 19 qui sont aussi en verre ou en céramique. Les parois 16 et 17 et le cadre 18 sont collés, brasés ou reliés par fusion de' manière hermétique ou étanche au vide. L'évacuation de la cavité 40 s'effectue par un tube de verre 20 qui est ensuite scellé par fusion. La mise en oeuvre de plaques métalliques a l'avantage d'abaisser le risque de casse; par ailleurs, elles ne nécessitent pas une métallisation complémentaire. li'anodisation de la surface extérieure des plaques d'aluminium peut leur conférer une protection contre la corrosion et leur donner toute teinte voulue. I1 est bien entendu possible aussi de réaliser les plaques ou panneaux non pas en verre ou en métal, mais en céramique, le rev8tement réfléchissant déposé, par exemple collé consistant alors en feuilles au moins enduites partiellement par vaporisation de métal réfléchissant; un autre mode de réalisation possible consiste à conférer aux feuilles la forme d'une enveloppe fermée hermétique ou d'un revêtement des cavités. L'élément de la figure 3 ne diffère de celui de la figure 1 que par la paroi 4 de cuvette qui est également une paroi du récipient 42. Cette paroi commune interne 21 remplaçant deux panneaux est collée ou fixée par fusion le long des joints 26 aux deux panneaux extérieurs ou couvercles 22 et 23 de manière à former deux récipients indépendants en cuvettes étanches à la diffusion ou aux vapeurs. Des éléments d'appui 8 et 13 et certaines parties du panneau de couverture 23 absorbent dans ce cas également les forces de compression. Un tube 27 permet de mettre sous vide la couche calorifuge de l'élément; la partie accumulatrice de chaleur se remplit par le trou 14 obturé ensuite de manière étanche par un bouchon 15, tandis que le trou 12 permet dans ce cas également d'évacuer l'air, puis de mettre sous vide l'espace accumulateur de chaleur. L'élément de la figure 4, qui est aussi de préférence en verre, comporte une couche calorifuge 30 et 32 sur chaqie 84.é de la couche 31 accumulatrice de chaleur; les parois internes 25 sont communes aux différentes couches et sont en une pièce avec les parois latérales des cuvettes et, dans la zone de la couche 31, une paroi latérale est constituée en couvercle 28 relié par des joints de fusion 26 aux parois internes 25. I1 est bien entendu possible aussi de supprimer les revetements réfléchissants 41 dans l'une des deux cavités 40 des couches calorifuges; ce c8té est alors orienté de préférence vers la pièce intérieure de l'immeuble devant être tempérée. Le mode de réalisation de la figure 5 consiste en un élément de cloison à plusieurs couches dont chacune est formée de deux couches doubles 33 et 34 dont la forme et la réalisation correspondent aux éléments de cloisons de la figure 1 ou de la figure 3 et qui sont assemblées par un adhésif convenable 3. Cette disposition améliore l'effet d'accumulation de chaleur vis-à-vis dtune cloison formée d'une couche double simple de même poids et mise sous même vide, c'est-à-dire ayant la même isolation que l'élément de cloison formé de deux couches doubles. Deux couches doubles, dont chacune comprend une couche calorifuge et une couche accumulatrice de température, accentuent le déphasage ainsi que l'atténuation de chaleur par rapport à un élément de cloison auquel la meme constante de temps T est conférée par augmentation du volume de matière accumulatrice d'une couche double simple I1 est possible de réduire considérablement le nombre ou même d'éliminer totalement les éléments mentionnés d'appui 8, 13 ou 19 à condition qu'au moins le panneau ou la plaque de la couche calorifuge soit en verre trempé; on sait qu'on obtient ce verre, dont la résistance aux efforts mécaniques est un multiple de celle du verre à vitre usuelspar traitement thermique suivi d'un refroidissement brusque, c'est-à-dire de la trempe des panneaux ou plaques. I1 est préférable dans ce cas, pour ne pas compromettre les caractéristiques conférées au verre par durcissement, de relier les plaques ou panneaux d'après les procédés connus par brasage à température relativement basse ou par collage. Une autre possibilité consistant à rendre les éléments d'appui 8, 13 ou 19 superflus consiste à donner une forme convexe aux panneaux ou plaques au moins de la couche calo rifuge; la figure 6 illustre un mode de réalisation de ce type destine à une couche calorifuge analogue à celle de la figure 2, mais dont les panneaux ou plaques 16 et 17 ne sont pas en métal, mais de préférence -comme dans les modes de réalisation des autres figures- en verre.La courbure permet d'éviter les efforts de flexion des panneaux ou plaques et de ne les charger qu'à la compression qui est un type d'effort auquel on sait que la résistance du verre est très grande lies panneaux peuvent avoir une courbure simple -par exemple en section d'enveloppe cylindrique à axe horizontalou à courbure double -par exemple en forme d'enveloppe sphérique ou de lentille- . lie ou les rayons des courbes sont en particulier fonction de l'épaisseur des panneaux ou plaques, de la résistance admissible de la matière à la compression et de l'effort particulier de compression. I1 est bien entendu possible aussi de donner une forme courbe aux panneaux ou plaques de la couche accumulatrice de chaleur, cette courbe des panneaux 23 et 42 pouvant par exemple être convexe vers l'intérieur pour l'absorption de la pression exercée par le liquide, tandis que la courbure donnée aux panneaux 21 et 25 affectés aux deux couches est de préférence toujours convexe vers l'extérieur, vue de la cavité 40 de la couche calorifuge. Il va de soi que les éléments de cloison décrits et représentés peuvent subir diverses autres modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément de cloison d'immeuble à grande capacité calorique, comprenant au moins une couche calorifuge et au moins une couche accumulatrice de chaleur et caractérisé en ce que la couche calorifuge placée du côté de l'atmosphère extérieur se compose de deux panneaux ou plaques disposés à distance l'un de l'autre, enveloppant hermétiquement une cavité et ayant un grand pouvoir réfléchissant du rayonnement thermique, tandis que la couche accumulatrice de chaleur est placée du c8té de l'intérieur et consiste en une autre cavité fermée hermétiquement par des panneaux ou plaques et remplie de matière accumulatrice de chaleur. 2. Elément de cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux ou plaques sont en verre et ceux qui sont destinés à la couche calorifuge comportent au moins d'un ceté un revêtement fortement réfléchissant au moins dans la plage du rayonnement thermique. 3. Elément de cloison selon la revendication 2, caractérisé en ce que les panneaux ou plaques et la matière accumulatrice sont transparents et les rev8tements réfléchissant la chaleur sont au moins partiellement transparents à la lumière visible. 4. Elément de cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux ou plaques sont en métal ou consistent en une feuille métallique déposée sur un substrat, au moins une surface-de chaque partie de l'en- ceinte de la cavité de la couche calorifuge étant réfléchissante. 5. Elément de cloison selon l'une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu'au moins une autre cloison ayant un fort pouvoir réfléchissant au moins du rayonnement thermique est disposée dans la cavité de la couche calorifuge. 6. Elément de cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité de la couche calorifuge est remplie d'un gaz à mauvais coefficient de conductibilité thermique. 7. Elément de cloison selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que la cavité de la couche calorifuge est sous un vide à pression inférieure à 0,1 mbar. 8. Elément de cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière accumulatrice de chaleur est un liquide transparent qui absorbe l'énergie incidente au moins pratiquement dans la plage des infrarouges. 9. Elément de cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins les panneaux ou plaques de la couche calorifuge sont en verre trempé à grande résistance mécanique. 10. Elément de cloison selon l'une des revendications 1 et 9, caractérisé en ce qu'au moins les panneaux ou plaques de la couche calorifuge sont des éléments d'enveloppe convexes.