Brevet FR2386788A1 — publié le 19781103

La présente invention se rapporte à un collecteur d'énergie solaire pouvant être alimenté en air destiné en particulier au chauffage de grandes surfaces telles que des ateliers, bâtiments industriels, édifices publics et autres, dont la tôle que comporte le collecteur sert de couver ture d'au moins une chambre à air. Les temps de chauff & e absolus de grandes surfaces du genre cidessus sont courts et ne durent habituellement que quelques heures par jour. Dans ces cas, l'air convient très bien comme véhiculeur de chaleur car, de cette faç9nlun cnauffage très rapide est possible. Lorsqu'il est utilisé des collecteurs d'énergie solaires alimentés en air, nommés collecteurs d'air, surtout combinés avec des réchauffeurs d'air conventionnels, un bon rendement calorifique peut être obtenu. Les collecteurs d'air d'utilisation courante sont nabituellement construits en forme de châssis, c'est à dire que des installations de ce genre présentent un fond et un cadre entourant celui-ci recouvert par de la tôle. I1 est évident que ce genre de construction est volumineux, massif et pondéreux ce qui rend son transport et son stockage difficiles ainsi que le montage malaisé, nécessitant en outre une quantité considérable de matériaux et entrainant des frais de fabrication élevés.Lorsqu'il sagît de monter sur une toiture des collecteurs de type connu, ce qui peut être avantageux étant donné ltexposition habituelle nord-sud dans les constructions envisagées, surtout lorsqu'il s'agit de sheds, leur poids élevé constitue une surcharge, surtout lorsque de grandes surfaces doivent en être équipées. Ap paremment, pour éviter de renforcer la charpente du toit il a été tenté à maintes reprises, dans le passé, au prix de moyens considérables, de relever la hauteur des collecteurs connus afin de pouvoir se contenter d'un minimum de surface collectrice. Cependant les frais que de telles mesures entraînent ne sont pas en rapport avec le résultat escompté. Dans ces conditions, de telles installations n'ont jusqu'à présent pas réussi à s'impcser. Le but de l'invention consiste à créer un collecteur d'air de genre mentionné ci-dessus à un prix raisonnable et qui soit économique, n'exigeant pour sa réalisation que de simples éléments de construction et se prêtant à des installations à grandes surfaces, tout en permettant une economie de ma tériaux et une réduction de poids ainsi qu'une fabrication et un montage rationnels offrant un maximum de sécurité au point de vue fonctionnement avec effet de fournir un rendement thermique encore jamais atteint. La solution suivant l'invention est simple: elle consiste à concevoir la tôle du collecteur comme toit en tôle forme par une tôle de surface posée sur l'isolement situé duntô-ve de la couverture du bâtiment et qui peut être fixé par des entretoises disposees à cet effet. Avec de telles mesures prises conformément à l'invention, il est réalisé une véritable intégration du collecteur dans la construction de la toiture, ce qui permet d'économiser beaucoup de main-d'oeuvre et de matériaux. Comme il faut de toute façon donner un toit au bâtiment, il est possible de mettre en place le collecteur conforme à l'invention, pratiquement sans frais supplémentaires importants.En outre, la chambre à air ainsi créée entre l'isolement du côté du toit du bâtiment et la tôle du collecteur, améliore l'isolement côté couverture, même en cas de non-fonctionnement du collecteur. L'integration de la construction de la toiture dans l'édification du collecteur a l'avantage de fournir une large surface utile d'excellente capacité si bien qu'il peut etre renoncé à faire des frais importants de construction en hauteur. Bien plus, l'invention propose de tirer pleinement profit des surfaces couvertes existantes sans toucher ni à la construction de cette toiture, ni à la statique qui la régie. L'exposition nord-sud adoptée couramment, en particulier pour les sheds se prête particulièrement bien à une telle adaptation. L'invention offre par conséquent une solution parfaitement appropriée quant à l'utilisation du soleil et à l'adaptation à la toiture. Un perfectionnement de l'invention mentionné précédemment consiste à utiliser des entretoises supportant le toit en tôle formé par la tôle du collecteur comme déterminant des gaines de conduite d'air. Cette mesure représente ainsi une adaptation extrêmement simple du collecteur aux grandes surfaces disponible. Â toutes fins utiles, les gaines de conduite d'air délimitées par les entretoises peuvent etre disposées dans le sens du flux ascendant, ce qui a l'avantage de produire un certain effet de tirage si bien que l'installation mécanique, en particulier le mécanisme de commande du ventilateur, n'a pas besoin d'être très puissant. I1 y a aussi avantage à disposer des gaines de conduite d'air en chicanes pour obtenir de longues conduites de courant de section déterminée partant un excellent captage de chaleur. Un autre perfectionnement avantageux de l'invention consiste à choisir pour la tôle du collecteur conçue comme toiture de la tôle ondulée. En même temps, il est utile de faire en sorte que les ondulations de celleci soient disposées de biais par rapport aux gaines de conduite d'air. Ces mesures assurent d'une part, une construction simple et partant peu coûteuse tout en garantissant simultanément un certain brassage dans les gaines favorable à une bonne transmission de chaleur. Pour garantir une haute capacité d'absorption, la tôle du collecteur peut, à toutes fins utiles, avoir une surface extérieure noire mate. Cet aspect est plaisant et n'est pas contraire à ltesthétique. Pour protéger la surface extérieure du collecteur contre les intempéries et pour assu rer un isolement thermique souhaitable de la tôle qui le compose, celle-ci peut être munie d'un revêtement isolant Le dessin schématique annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution préférentielle d'une telle installation. Des sheds du genre indiqué dans le dessin sont employés couramment dans les constructions industrielles. La charpente du toit composée d'arbalétriers indiquées par 1, présente normalement deux pans de comble d'inclinaison différente dont le plus raide est vitré et le moins raide reçoit une couverture. En général, c'est la partie exposée au nord, indiquée par 2, qui est la partie vitrée pour éviter un rayonnement solaire genant. L'autre partie du toit désignée par 3, est orientée vers le sud et de cette façon exposée au rayonnement solaire.Cette partie de la toiture convient donc tout particulièrement à la pose de collecteurs d'énergie solaire.Sur les éléments 1 sont habituellement posées des plaques isolantes 4 de préférence en béton cellulaire pour former une isolation du bâtiment du côté du toit.Au-dessus est disposée la couverture proprement dite. Pour la réalisation d'un collecteur dénergie solaire, il est prévu conformément à l'invention, une tôle 5 qui est montée sur des entretoises 6. Il convient que la tôle 5 s'étende à toute la surface du toit. Bien entendu cette tôle peut être composée de plusieurs feuilles assemblées. De part sa fonction, la tôle 5 devra à sa surface extérieure 7 etre dtun noir mat en vue d'une bonne capacité d'absorption thermique. Â cet effet une couche de peinture appropriée suffit. Pour protéger cette surface extérieure des intem- péries et pour obtenir une certaine isolation de la tôle de surface, ayant la fonction de collecteur les rayons solaires, contre la température extérieure, il est prévu un revêtement isolant 8 forme de feuilles en matière plastique ou de verre transparent qui sont fixés par des tasseaux 9 à une certaine distance de la tôle de surface 5.Il est utile que les bords du revêtement isolant 8 soient recourbés vers le bas suivant 10, ce qui permet d'obtenir correctement sur le côté l'espace compris entre la tôle 5 et la couche isolante extérieure 8. Par suite de l'écartement entre la tôle 5 et les plaques isolantes 4 créé par les entretoises, il est formé un espace semblahle à une chambre à la partie inférieure de la tôle du collecteur formée par la tôle 5. Dans cette chambre, l'air à réchauffer peut être brassé au moyen d'un ventilateur par exemple. Dans la forme d1exécution envisagée, il est avantageux de disposer les entretoises 6 supportant la tôle 5 de telle façon qu'elles délimitent en même temps des gaines de conduite d'air Il pour établir une circulation convenable de l'air. Il convient, à cet effet, de concevoir les entretoises 6, en pièces continues avec raccords et crochets de fixation.Les entretoises 6 sont disposées de telle façon qu'il y ait une certaine différence de hauteur entre l'entrée et la sortie de l'air, avantage permettant d'obtenir un certain effet de tirage. Dans ces conditions, sous effet de la pesanteur, il peut déjà se produire un courant suffisant ou au moins une contribution à sa formation. Dans ces conditions le ventilateur, placé en avant, peut être d'une puissance moindres influençant avantageusement le prix de revient de l'installation. La tôle 5 ayant la forme et la fonction à la fois de couverture de toiture et de collecteur, peut être ondulée. C'est un matériau relativement peu coûteux, disponible dans le commerce et facile à poser. Les ondulations donnent naissance à un certain tourbillonnement du courant d'air se trouvant dans les gaines de conduite d'air 11, assurant ainsi une excellente transmission de chaleur. Il est préférable de disposer les ondulations de la tôle ondulée en biais des gaines de conduite d'air limitées par les entretoises 6. Il est aussi utile de faire passer le courant d'air par des chicanes dans les gaines de conduite d'air sur toute la largeur du bâtiment et qu'il soit detourné seulement dans la partie du côté frontal du bâtiment. À cet effet il y a lieu, suivant le cas, dans la partie frontale du btiment, soit de raccourcir les entretoises o qui s 'étendent dans la largeur du bâtiment et sont perpendiculaires aux éléments 1, soit de les combler. Il est utile de prévoir des entretoises disposées frontalement dans le sens de la longueur du bâtiment pour obtenir un cloisonnement propre'de cette partie du bâtiment. Un collecteur d'énergie solaire dépendant de la présence de rayons de soleil, il est utile de le faire précéder devant la chambre de chauffage d'un appareil de chauffage conventionnel afin de pouvoir réaliser aussi bien un fonctionnement mixte, un fonctionnement purement solaire qu'un fonctionnement purement conventionnel.Il convient de combiner le collecteur d'air conforme à l'invention à un réchauffeur d'air 12 pouvant être chauffé d'une manière conventionnelle au moyen d'un brûleur à mazout 13. A cet effet, le réchauffeur d'air 12 doit être pourvu de moyens permettant l'éventuelle déviation de l'air de circulation aspiré de la pièce à chauffer ou de l'air frais aspiré des environs par son ventilateur sur le collecteur d'air conforme à l'invention.Un sas d'air commandé par des clapets d'airX non représenté dans le dessin, en fournit la possibilité. Ce sas commande l'ouverture et la fermeture des sections de sortie et d'entrée du courant d'air, sections qui débouchent dans les conduites en cul de sac indiquées par 14 et 15. Pour éviter de longues conduites en cul de sac, il est recommandé que le réchauffeur d'air 12 soit installé le plus près possible du toit, de préférence directement sous la couverture. L'invention ne se borne pas à la forme d'exécution décrite mais admet des variantes et des modifications pour pouvoir s'adapter à des cas particuliers se présentant dans la pratique. R X V E w. S I C A T I O g s i) Collecteur d'énergie solaire pouvant être alimenté en air, destiné en particulier au chauffage de grandes surfaces dont la tôle collectrice et absorbante est conçue comme couvrant au moins une chambre à air, caractérisé en ce que cette tale forme toiture de surface (5) pouvant entre fixée sur une coucne isolante (4) du comble du bâtiment au moyen d'entretoises (6). 2) Collecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les entretoises supportant la tale (5) de surface absorbante délimitent des gaines de conduite d'air (11). 3) Collecteur suivant l'une-ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les gaines de conduite d'air (ii) délimitées par les entretoises (6) sont disposées ascendantes en direction du flux. 4) Collecteur suivant l'une ou lZautre des revendications i à 3, caractérisé en ce que les entretoises (6) disposées dans le sens de la longueur de la toiture sont alternativement raccourcies dans la partie du côté frontal du bâtiment pour produire un cheminement en chicanes des gaines de conduite d'air. 5) Collecteur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tôle absorbante (5) est ondulée. 6) Collecteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les ondulations de la tôle ondulée sont disposées en biais des gaines de conduite d'air (11) délimitées par les entretoises (6). 7) Collecteur suivant l'une ou l'autre des reverdications 1 à 6, caractérisé en ce que la tôle absorbante (5) accuse une surface extérieure (7) de couleur noire mate. 8) Collecteur suivant l'une ou l'autre des revendications précédents, caractérisé en ce que la tôle absorbante (5) est protégée vers l'ex- térieur par un revêtement isolant (8) transparent.