Brevet FR2345562A1 — publié le 19771021

L'invention due à Monsieur Théo RUDOLPH, est relative à un élément de construction pour surfaces extérieures de bâtiments, comportant une couche accumulatrice intérieure, capable d'emmagasiner de la chaleur et réalisée en un matériau de construction usuel et une couche atténuatrice d'isolation thermique extérieure. Les pertes calorifiques d'un local dépendent principalement de la capacité d'atténuation ou d'isolation thermique, c'està-dire de la résistance de conduction thermique, de la partie de la construction qui entoure extérieurement le local, c'est-à-dire dans le cas de murs constitués d'une seule couche, par exemple de brique ou de béton ou d'un autre matériau de construction usuel d'un coefficient de conductibilité thermique donné, de l'épais- seul de ce mur. Selon la nature du matériau de construction utilisé, le mur peut aussi emmagasiner plus ou moins de chaleur, ce qui ralentit le refroidissement d'un local chauffé d'une manière intermittente.Pour pouvoir, en vue d'une utilisation rationnelle de énergie, empêcher d'une manière satisfaisante les pertes de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur, de tels murs devraient être dotés d'une très grande épaisseur et seraient donc très coûteux. De telles pertes calorifiques peuvent être évitées, essentiellement mieux, grâce aux murs à plusieurs couches connus qui, en plus de la couche, capable d'emmagasiner de la chaleur du mur, comportent une couche d'atténuation ou d'isolation thermique particulière par exemple en une matière synthétique exp an- sée.Lorsque la couche d'atténuation ou d'isolation thermique est disposée à l'extérieur, la couche accumulatrice de chaleur, disposée à l'intérieur et échauffée par le chauffage du local, fournit une température superficielle intérieure du mur présentant peu de fluctuation et la couche d'isolation ou d'atténuation empêche ou réduit les pertes de chaleur à partir de la couche accumulatrice et, par conséquent, les pertes de chaleur de l'intérieur du local à l'extérieur de celui-ci. Mais la couche d'isolation extérieure empêche aussiquedelachaleur provenant de l'extérieur, par exemple rayonnée par le soleil, soit absorbée par le mur et puisse être utilisée pour réduire les besoins thermiques de chauffage du local. On sait que la chaleur solaire peut être transformée, à l'aide de collecteurs d'énergie solaire, en chaleur utilisable qui peut être amenée, par l'intermédiaire d'un fluide calopor teur, liquide ou gazeux, parcourant un collecteur réalisé à la manière d'un échangeur thermique, à un autre système d'utilisation de chaleur. L'invention a donc pour but, étant donné l'augmentation de prix et la raréfaction des sources primaires d'énergie constituées par la houille, le pétrole et le gaz naturel, de diminuer la consommation d'énergie nécessaire pour le chauffage ou la climatisation et de fournir un élément de construction, pour réaliser des surfaces extérieures de bâtiments, par exemple des murs extérieurs ou des toits en terrasse ou des surfaces de toits in chinées, qui puisse non seulement accumuler la chaleur provenant du chauffage des locaux et la restituer à l'intérieur de ceux-ci empêchant les pertes vers l'extérieur de cette chaleur emmagasinée, mais qui, malgré l'écran d'isolation contre les pertes de chaleur vers l'extérieur, puisse encore absorber l'énergie solaire absorbée et l'emmagasiner ou la transmettre à l'intérieur pour contribuer au chauffage des locaux, duquel élément de construction on puisse extraire l'énergie solaire absorbée en excédent et/ou la chaleur emmagasinée en excédent pour l'utiliser à d'autres buts techniques et qui offre en outre la possibilité, en cas de nécessité, d'être refroidi pour compléter, l'été, la climatisation des locaux. En partant d'un élément de construction du genre décrit au préambule, ce problème est résolu, conformément à l'invention, en premier lieu par le fait que, sur la face extérieure de la couche accumulatrice est disposée une couche variable et, sur la face extérieure de cette couche variable, est disposée une couche absorbeuse, en soi connue, susceptible d'être échauffée par le rayonnement solaire, laquelle est recouverte extérieurement par une couche superficielle transparente d'isolation thermique, la couche variable étant réalisée de telle manière qu'elle peut être modifiée pour être amenée en un état dans lequel elle assure la conduction thermique entre la couche absorbeuse et la couche accumulatrice ou en un état dans'lequel elle assure une isolation thermique entre la couche absorbeuse et la couche accumulatrice.La couche variable peut, par exemple, être constituée par deux plaques minces d'un matériau bon conducteur de la chaleur, dont une plaque est disposée sur la face extérieure de la couche accumulatrice et l'autre plaque constitue la face dorsale de la couche absorbeuse, et que les deux plaques sous l'action de deux forces de sens contraires, de préférence d'une force élastique et d'une force antagoniste développée par un élément pneumatique, peuvent être poussées l'une contre l'autre, surface contre surface, pour assurer entre elles la conduction thermique, ou être poussées en sens opposés jusqu'à une certaine distance l'une de l'autre, pour interrompre cette conduction thermique.Par exemple, les deux plaques peuvent être poussées l'une contre l'autre par un ressort spécial ou être réalisées de telle manière qu'elles s'appliquent automatiquement l'une contre l'autre, surface contre surface, sous l'action de leur élasticité propre. Si les deux plaques sont suffisamment appliquées l'une contre l'autre, surface contre surface, il se produit une liaison par conduction thermique entre la couche absorbeuse et la couche accumulatrice. En poussant les deux plaques, dans le sens qui les écarte l'une de l'autre, au moyen de l'élément pneumatique il se produit une coupure de la liaison d'isolation thermique entre la couche absorbeuse et la couche accumulatrice. A la place de l'élément pneumatique on peut éventuellement prévoir un élément presseur susceptible d'être actionné par l'application d'un autre fluide sous pression. Les deux plaques peuvent par exemple.être constituées par des toles minces. La plaque formant la face dorsale de la couche absorbeuse peut être constituée par une couche séparée, liée par conduction thermique avec la couche absorbeuse ou constituer directement la couche absorbeuse. La couche variable peut, par exemple, être constituée aussi par une couche en forme de corps creux, disposée entre la couche absorbeuse et la,couche accumulatrice et comportant des dispositifs de raccordement pour remplir à volonté la cavité du corps creux constituant cette couche à l'aide d'un fluide isolant thermique ou d'un fluide conducteur thermique. En se référant à la mise en oeuvre d'une telle couche en forme de corps creux comme couche variable, on exposera plus en détail ci-dessous le mode d'action de l'élément de construction conforme à l'invention, qui correspond entièrement au mode d'action du premier mode de réalisation de la couche variable. L'élément de construction conforme à l'invention permet d'une part d'empecher pratiquement toute perte de chaleur de la couche accumulatrice vers l'extérieur, en vidant la couche en forme de corps creux qui renferme alors de l'air, de mauvaise conductibilité thermique, et qui agit donc comme une couche s d'isolation thermique très efficace.D'autre part, même pendant les 9 à 10 mois de l'année où la température extérieure diurne est le plus souvent inférieure à la température ambiante désirée dans les locaux de séjour et où l'énergie solaire peut produire par rayonnement des températures considérablement supérieures à la température des locaux de séjour, cette énergie solaire peut être amenée par conduction thermique à la couche accumulatrice et être emmagasinée par cette couche accumulatrice afin d'être utilisée pour'le chauffage des locaux, en remplissant la couche en forme de corps creux, par exemple d'eau chaude servant de fluide conducteur thermique.L'énergie solaire emmagasinée, selon les propriétés physiques de la couche accumulatrice, peut être plus ou moins fortement atténuée et délivrée dans le local avec un certain retard et ceci, avec de faibles pertes vers l'exté- rieur de la chaleur emmagasinée lorsque, après la période dtinso- lation, la couche en forme de corps creux est rendue de nouveau isolante par vidage. La couche en forme de corps creux remplit ainsi la fonction d'une couchevariable à volonté thermiquement iso3anh- ou conductrice en fonction des conditions météorologiques et des conditions d'utilisation, dont l'état de remplissage ou de vidage peut être commandé à l'aide de dispositifs et d'appareils appropriés.Selon un mode de réalisation préférentiel particulièrement avantageux de l'invention, la couche absorbeuse est équipée de dispositifs de raccordement et de canalisations pour le passage d'un fluide caloporteur et pour créer des échanges thermiques avec ce fluide. Dans ces conditions, lorsque par exemple le rayonnement solaire est intense et qu'il n'est pas nécessaire d'échauffer trop fortement la couche accumulatrice, la chaleur rayonnée absorbée en excédent peut être évacuée de l'élément de construction et utiliséepourd'autres fonctions techniques par exemple être amenée à l'évaporateur d'une pompe de chaleur, afin d'utiliser la chaleur rayonnee ainsi évacuée pour chauffer des locaux qui ne sont pas situés du côté exposé au soleil du bâtiment ou pour préparer de l'eau chaude.D'une manière avantageuse la couche superficielle transparente recouvrant la couche absorbeuse peut être réalisée sous forme creuse, afin de protéger d'une manière particulièrement bonne la couche absorbeuse des pertes de chaleur vers l'extérieur. La couche superficielle creuse ainsi que la couche en forme de corps creux sont avantageusement munies de parois intermédiaires, subdivisant lesdites couches, afin d'empêcher les courants de convection d'air à l'intérieur des cavités de ces couches qui perturberaient considérablement l'action d'isolation thermique de ces couches.A cet effet les parois intermédiaires de la couche en forme de corps creux présentent des passages de faibles dimensions, à travers lesquels aucune convection appréciable d'air ne peut se produire, mais qui peuvent être traversées par de l'eau ou par un autre fluide conducteur thermique éventuel pour assurer, par remplissage complet de la cavité, la conduction thermique de la couche en forme de corps creux. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide dtun de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant au dessin annexé dont la figure unique représente en coupe un élément de construction conforme à l'invention. Cet élément de construction comporte une couche accumulatrice de chaleur 1, disposée à l'intérieur, c'est-à-dire du côté du local du bâtiment, et qui peut être réalisée en un matériau de construction usuel, par exemple en brique ou en béton. Sur la face extérieure de la couche accumulatrice 1 est disposée, en contact de conduction thermique, une couche en forme de corps creux 2 qui peut être constituée, par exemple à la manière d'un réservoir, par des parois de tôle mince 3 et 4. Cette couche en forme de corps creux 2 comporte des tubulures de raccordement 5. A travers ces tubulures de raccordement 5 on peut introduire dans la cavité de la couche en forme de corps creux de l'eau ou un autre fluide bon conducteur de la chaleur, pour rendre conductrice de la chaleur la totalité de la couche en forme de corps creux 2 ; ces tubulures de raccordement 5 servent aussi à vider la couche en forme de corps creux 2, afin que celle-ci ne contienne plus que de l'air et se comporte alors comme couche d'isolation thermique de haute efficacité. Sur la face extérieure de la couche en forme de corps creux 2 est disposée une couche absorbeuse 6 qui doit être réalisée sous la forme d'un collecteur d'énergie solaire à propriétés sélectives telles qu'elle réfléchisse et rétrodiffuse au minimum le rayonnement solaire, direct et diffusé, incident et absorbe au maximum ce rayonnement en le transformant en chaleur.La couche absorbeuse 6 peut . être constituée par une couche séparée, disposée, avec contact de conduction thermique, sur la paroi extérieure 4 de la couche en forme de corps creux.2, mais elle peut aussi constituer directement la paroi extérieure 4 de la couche en forme de corps creux. La couche absorbeuse 6 est munie de tubulures de raccordement 7 et de canalisations (non représentées ici) à travers lesquelles on peut amener un fluide caloporteur liquide ou gazeux. La chaleur utilisable dégagée par absorption de rayonnement dans la couche absorbeuse 6 peut être transmise, totalement ou partiellement, à la couche accumulatrice 1 par l'intermédiaire de la couche en forme de corps creux 2 rendue conductrice ou être évacuée au moyen du fluide caloporteur qui parcourt la couche absorbeuse 6.La couche absorbeuse 6 est recouverte, sur sa face extérieure, par une couche superficielle transparente d'isolation thermique 8. Cette couche superficielle 8 est avantageusement réalisée en un matériau hautement transparent au rayonnement solaire et hautement résistant à l'action de la lumière, de la température, des conditions météorologiques et des substances d'origine industrielle polluant l'atmosphère. Pour obtenir une action importante d'isolation thermique de la couche superficel- le 8 afin de protéger la couche absorbeuse 6 contre les pertes de chaleur vers l'extérieur, il est avantageux de réaliser la couche superficielle 8 sous forme creuse. Pour empêcher toute convection de l'air contenu dans cette couche superficielle creuse 8, la cavité de cette couche superficielle 8 est subdivisée à l'aide de parois intermédiaires 9.Ces parois intermédiaires sont disposées de telle manière que même lorsque l'élément de construction constitue une partie d'une paroi extérieure verticale de bâtiment, la lumière solaire d'incidence oblique peut passer, en quantité maximale, entre les parois intermédiaires 9 pour atteindre la couche absorbeuse 6. De même il est avantageux aussi que la cavité de la couche en forme de corps creux 2 soit subdivisée par des parois intermédiaires 10 empêchant toute convection d'air à l'intérieur de cette cavitévidée*MaiscesPBXis intermédiaires 10 sont munies d'étroits passages 11 afin que, lorsqu'on remplit d'eau la couche en forme de corps creux, cette eau puisse traverser les parois intermédiaires 10 et remplir complétement la cavité de la couche en forme de corps creux 2. L'élément de construction, y compris sa couche accumulatrice 1, peut être préfabriqué, de telle manière qu'à l'aide d'un certain nombre d'éléments de construction, en reliant les tubulures de raccordement 5 et 7, on puisse ériger un mur exté rieur de bâtiment, un toit- de batiment ou tout autre élément de bâtiment analogue.Mais on peut tout aussi bien préfa- briquer séparément la couche variable,consEtuée arecemplede1a coucheenS=xe de olpscreux 2,de la couche absorbeuse 6 et de la couche superficielle 8, sous forme d'élément de construction de façade ou d'extérieur prea'bc' iié à être fixé, avec un bon contact de conduction thermique, sur une couche accumulatrice, fabriquée séparément, constituant un mur extérieur ou le toit horizontal ou oblique d'un bâtiment. Le mode d'action avantageux, énergétîquement économique, de l'élément de construction conforme à l'invention est illustré ci-après à l'aide de divers exemples de conditions d'utilisation. Exemple 1 : en l'absence d'insolation appréciable la couche en forme de corps creux 2 est vidée ; cette couche assure donc une isolation thermique importante t empêche les pertes de chaleur, de la couche accumulatrice 1 et de l'intérieur du local, vers l'extérieur. Exemple 2 : en présence d'insolation la couche en forme de corps creux 2 estrxrnplie ; elle devient conductrice-de la chaleur, de sorte que l'énergie solaire absorbée dans la couche absorbeuse 6 est transmise dans la couche accumulatrice 1 où elle est emmagasinée pour contribuer au chauffage du local et est délivrée dans ce local. Exemple 3 : le rayonnement solaire peut etre si intense que dans la couche absorbeuse 6 la quantité-d'énergie transformée en chaleur est supérieure à la quantité de chaleur qui doit être emmagasinée dans la couche accumulatrice 1 pour chauffer le local par la chaleur délivrée dans celui-ci par la couche accumulatrice 1. Dans ce cas la couche en forme de corps creux 2 est remplie et un fluide caloporteur est mis en circulation dans la couche absorbeuse 6 de manière qu'une fraction réglable seulement de la chaleur rayonnée absorbée par la couche absorbeuse 6 soit transmise à la couche accumulatrice 1 et qu'une autre fraction de cette chaleur soit entraînée par le fluide caloporteur et évacuée de la couche absorbeuse 6. La fraction évacuée de la chaleur rayonnée peut par exemple être utilisée, au moyen d'une pompe de chaleur, pour chauffer d'autres locaux du bâtiment ou pour préparer de l'eau chaude. Exemple 4 : si, en cas d'insolation, on ne désire pas em magasiner de chaleur rayonnée dans la couche accumulatrice 1, la couche en forme de corps creux 2 demeure vide et un fluide caloporteur est mis en circulation à travers la couche absorbeuse 6, de sorte que toute l'énergie solaire transformée en chaleur par la couche absorbeuse 6 peut être évacuée pour d'autres utilisations techniques. Exemple 5 : après une insolation intense, la chaleur solaire transmise à la couche accumulatrice 1 et emmagasinée dans celleci peut être plus importante qu'on ne le désire, lorsque, par exemple, une fois la couche accumulatrice Ichargée,uiehaxte tempEa- ture extérieure risque de se prolonger encore ou lorsque, pour la nuit par exemple, le chauffage du local doit être réduit. Dans ce cas la couche en forme de corps creux 2 est remplie et une fraction de la chaleur emmagasinée par la couche accumulatrice 1 est ramenée, à travers la couche en forme de corps creux 2, à la couche absorbeuse 6, de laquelle elle est évacuée par le fluide caloporteur pour être amenée à d'autres utilisations tech niques.ute évacuationultiblre i > couche absorbeuse 6 vers l'exté- rieur, de la chaleur ramenée de la couche accumulatrice 1 est empêchée par la couche superficielle d'isolation 8. Exemple 6 : pendant les périodes chaudes de l'année, une insolation intense peut entrainer, alors que la couche en forme de corps creux 2 est vidée, par exemple par rayonnement solaire à travers les fenêtres ou autres ouvertures, une température ambiante excessive du local. Dans ce cas, avant ou après l'insolation, la couche en forme de corps creux 2 peut être remplie et un fluide refroidisseur peut être mis en circulation à travers la couche absorbeuse 6, de sorte que de la chaleur est enlevée de la couche accumulatrice 1, ce qui diminue la température am- biante du local ou contribue à la climatisation de celui-ci. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Elément de construction pour surfaces extérieures de bâtiments, comportant une couche accumulatrice intérieure, capable d'emmagasiner de la chaleur et réalisée en un matériau de construction usuel et une couche atténuatrice d'isolation thermique extérieure, lequel élément de construction est caractérisé en ce que, sur la face extérieure de la couche accumulatrice (1) est disposée une couche variable, par exemple une couche en forme de corps creux (2) et, sur la face extérieure de cette couche variable, est disposée une couche absorbeuse (6), en soi connue, susceptible d'être échauffée par le rayonnement solaire, laquelle est recouverte extérieurement par une couche superficielle transparente d'isolation thermique (8), la couche variable (2) étantréalisée de telle manière qu'elle peut être modifiée pour être amenée en un état dans lequel elle assure la conduction thermique entre la couche absorbeuse (6) et la couche accumulatrice (1) ou en un état dans lequel elle assure une isolation thermique entre la couche absorbeuse (6) et la couche accumulatrice (1). 2. Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche variable est constituée par une couche en forme de corps creux (2), disposée entre la couche ab rorbeuse et la couche accumulatrice et comportant des dispositifs de raccordement (5)poerremplir à volonté la cavité du corps creux constituant cette couche à l'aide d'un fluide isolant thermique ou d'un fluide conducteur thermique. 3. Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche variable est constituée par deux plaques minces d'un matériau bon conducteur de la chaleur, dont une plaque est disposée sur la face extérieure de la couche accumulatrice (1) et l'autre plaque constitue la face dorsale de la couche absorbeuse (6), et que les deux plaques, sous l'action de deux forces de sens contraires, de préférence d'une force élastique et d'une force antagoniste développée par un élément pneumatique, peuvent être poussées l'une contre l'autre, surface contre surface, pour assurer entre elles la conduction thermique, ou être poussées en sens opposés jusqu'à une certaine distance l'une de l'autre, pour interrompre cette conduction thermique. 4. Elément de construction selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche en forme de corps creux (2) est munie de parois intermédiaires (10), qui y empêchent toute convection d'air, lesquelles parois intermédiaires (10) présententdes passages (11) pour le fluide conducteur thermique susceptible d'être introduit dans la couche en forme de corps creux (2). 5. Elément'de construction selon l'une quelconque des re tendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche superficiel le transparente (8) est réalisée sous forme creuse et contient des parois intermédiaires (9) qui y empêchent touteconvection de l'air. 6. Elément de construction selon l'une quelconque des re vendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche absorbeuse (6) comporte des dispositifs de raccordement (7) et des canalisa tions destinées à y faire circuler un fluide caloporteur. 7. Mur, toit ou autre élément analogue de batiment, caractérisé en ce qu'il se compose d'un certain nombre d'éléments de construction selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 6, dont les dispositifs de raccordement correspondants (5 et 7) sont reliés. 8. Procédé pour ériger un mur, un toit ou un autre élément analogue de bâtiment selon la revendication 7, ca ractérisé en ce qu'il consiste à assembler un certain nombre d'éléments de construction selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 6, dont les dispositifs de raccordement correspondants (5 et 7) sont reliés. 9. Elément de construction de façade, ou d'extérieur, cons titué d'une couche variable, par exemple une couche en forme de corps creux, d'une couche absorbeuse et d'une couche superficiel le, caractérisé en ce qu'en ce qui concerne la disposition l'une contre l'autre et la structure de la couche variable (2), de la couche absorbeuse (6) et de la couche superficielle (8) il correspond à un élément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, mais ne comporte pas de couche accumulatri ce (1). io. Mur, toit ou autre élément analogue de bâ timent, caractérisé en ce qu'il se compose d'élément de construc tion de façade ou d'extérieur selon la revendication 9 dont les dispositifs de raccordement correspondants (5 et 7) sont reliés et d'une couche accumulatrice constituant le/mur, le toit ou l'autre élément analogue de bâtiment, ces éléments de cons truction de façade ou d'extérieur étant fixés à la couche accumu latrice et liés à celle-ci d'une manière assurant une conduction thermique. 11. Procédé pour ériger un mur, un toit ou un élément analogue de bâtiment selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à assembler un certain nombre d'élements de construction de façade ou d'extérieur selon la revendication 9 dont les dispositifs de raccordement correspondants (5 et 7) sont reliés, et à les fixer sur une couche accumulatrice, constituant le mur, le toit ou l'autre élément analogue de bâtiment, en les liant à cette couche accumulatrice d'une manière assurant une conduction thermique. 12. Procédés décrits dans les exemples 1 à 6 de la description pour le chauffage, le refroidissement et l'accumulation de chaleur.