Brevet FR2380503A1 — publié le 19780908

I1 est connu que les bâtiments en général et en particulier les bâtiments de plein-pied destinés à des usages industriels ou commerciaux sont des consommateurs importants de calories en hiver et de frigories en-été, ceci pour maintenir une température convenable à l'intérieur du bâtiment. I1 existe de multiples moyens pour produire et distribuer soit les calories soit les frigories nécessaires au maintien d'une température convenable dans les bâtiments, la transformation d'énergie électrique en chaleur par l'usage de résistances et en froid par l'usage de compresseurs, de condenseurs et d'évaporateurs étant les plus usuels.Les augmentations importantes des couts de production de l'électricité nécessaire à la climatisation des bâtiments incitent à construire des bâtiments mieux isolés capables d'autre climatisés en utilisant moins d'énergie électrique. Le but de la présente invention est une poutre énergétique pour toiture à grande inertie thermique utilisant, d'une part l'absorption des rayonnements solaires pour le chauffage et, d'autre part les rayonnements nocturnes vers la voûte céleste pour le refroidissement. A cet effet, la toiture se compose d'une ou plusieurs poutres juxtaposées, chaque poutre étant un corps creux allongé rempli de liquide caloporteur, en principe de l'eau douce ; la section perpendiculaire à la longueur de la poutre est un quadrilatère dont le coté inférieur est parallèle au sol ; un côté est orienté vers l'équateur en faisant par rapport à l'horizontale un angle voisin de l'angle complémentaire du solstice d'hiver (1600 pour le Sud de la France) un troisième côté raccordé au sommet du deuxième est orienté vers le pôle, le quatrième côté rejoint celui qui est parallèle au sol à la partie basse de celui qui est orienté vers le pôle, ceci en faisant un angle voisin de 900 avec le côté qui est parallèle au sol.Le côté qui est orienté vers l'équateur est équipé d'une manière connue de capteurs solaires ; celui qui est orienté vers le pôle est équipé en émetteur nocturne de calories vers la voûte céleste, ceci également d'une manière connue et avec un dispositif de captation des éléments qui peuvent polluer le liquide caloporteur pendant sa période de stagnation dans la poutre et pendant ses absorptions et émissions de calories.Des pompes de circulation font circuler le liquide caloporteur dans les capteurs ou dans les émetteurs d'une part en fonction des besoins en calories ou en frigories et d'autre part en fonction des conditions atmosphériques ; la grande quantité de fluide caloporteur contenue dans la poutre, environ 80 Q00 litres pour une poutre de 20 m x 3,5 m. donne une grande inertie thermique qui permet d'harmoniser les besoins en calories et en frigories avec les conditions atmosphériques locales, les différences de température de la masse du liquide caloporteur, donc du plafond intérieur du'bâtiment se situant dans une fourchette de tempé ratures relativement étroite entre l'été et l'hiver. Il est possible que des industries installées dans ces bâtiments aient d'une façon soit continue soit intermittente des rejets liquides ou gazeux contenant des quantités non négligeables de calories (ateliers de traitements thermiques ou fours de fonderies par exemple. En hiver, les rejets précités peuvent etre -canalisés par des canalisations traversant le liquide caloporteur, ceci dans le but de transmettre leurs surplus de calories au liquide caloporteur avant d'être rejetés soit à 1 'égoflt soit dans l'atmosphère extérieure. Une poutre énergétique de 70 m2 de plafond, soit 20 m x-3,5 m, a pendant les nuits d'été une capacité de refroidissement qui permet de maintenir pendant la journée une température convenable dans un bâtiment d'une surface utile de l'ordre de 700 m2. La toiture d'un tel bâtiment peut raisonnablement étre équipée d'une surface totale d'environ 400 m2 de capteurs solaires ce qui permet, chaque journée ensoleillée d'hiver dans le midi de la France, d'emmagasiner dans les 80 000 litres de fluide caloporteur de la poutre énergétique, environ 800 KW d'énergie, soit~344 000 kg cal. permettant une élévation de température de 4,3 0C environ pour les 80 000 litres de liquide caloporteur.Les 80 000 litres d'eau stockée dans la poutre énergétique sont utilisables pour le chauffage des locaux à une température quelconque de l'eau située entre 65 et 250C environ soit une masse thermique de 80 000 x 40 = 3 200 000 kg cal = 3720 KW. Cet important volant thermique est alimenté d'une façon intermittente, d'une part par l'énergie solaire captée sur le toit du bâtiment, d'autre part par les rejets thermiques de l'activité industrielle située dans le bâtiment et, en dernier lieu, par des résistances électriques d'appoint alimentées en heures creuses en cas de périodes prolongées sans soleil ni rejets thermiques. Il est aisé de voir qu'unie telle poutre énergétique incluse dans un bâtiment à usage industriel ou commercial permet aussi bien en été qu'en hiver d'améliorer consi derablement le bilan énergétique de la région dans laquelle il est installé. La figure ci-annexée représente à titre indicatif et non limitatif une poutre énergétique selon l'invention. Cette figure est une coupe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre. De part et d'autre, les amorces de poutres similaires juxtaposées sont indiquées en pointillé ; 1 et 2 sont les piliers qui soutiennent la poutre. Pour une poutre de 20 m par 3,5 m, soit 70 m2 de plafond, un pilier dans chaque angle doit supporter environ 25 tonnes ce qui est parfaitement compatible avec les constructions habituelles pour ce genre de piliers. Les quatre côtés de la section de la putre sont respectivement le plafond 3, le support de capteur solaire 4, le support d'émetteur nocturne 5 et le bord de la goulotte de récupération 6. Cette poutre est de préférence réalisée en ferrociment avec du ciment polyester. Les côtés 4,5 et 6 sont recouverts d'un isolant thermique 7 tandis que le plafond 3 n'est pas isolé thermiquement, des canalisations de ventilation 8 permettant de souffler de I'air contre l'extérieur de la paroi.3 afin d'obtenir un échange thermique entre le fluide caloporteur 9 situe à l'intérieur de la poutre et l'air de climatisation du bâtiment qui circule dans les gaines 8, ceci à des vitesses variant d'une part avec les besoins soit en calories soit en frigories, et d'autre part avec la température du fluide caloporteur 9 situé dans la poutre. Les dispositifs des captations 10 ainsi que les vitres II fixées sur les cadres 12 forment d'une manière connue des capteurs à effet de serre ; les cadres sont en matière isolante, en principe de la mousse de polyurohane renforcée vers l'extérieur par du polyester armé de fibre de verre. Ces capteurs sont orientés sud et une pompe de circulation fait circuler d'une manière connue le liquide caloporteur 9 dans les dispositifs de captations -10, dès qu'il y a suffisamment de soleil et que l'on- désire réchauffer le liquide caloporteur. La paroi support de capteur 4 est orientée sud en faisant avec l'horizontal l'angle complémentaire du solstice d'hiver pour la latitude d'installation (1600 pour le midi de la France). La paroi 5 est orientée Nord et un tube 13 muni sur toute sa longueur de petits trous 14 distribue, dès qu'une pompe de-circu- lation alimente le tube 13, le liquide caloporteur 9 entre l'isolation 7 et la feuille de tôle de cuivre oxydée noire 15, ceci pendant la nuit lorsque l'on veut refroidir le liquide caloporteur. Le liquide caloporteur se refroidit en coulant par gravité face à la voûte céleste nord entre l'isolant 7 et la tôle de cuivre 15. Il est évident que la tôle de cuivre 15 pourrait être remplacée par de la tôle d'acier peinte en noir ou une feuille de plastique sans rien changer au caractère de l'invention. Dans un pays où il n'y aurait aucun risque de vents violents pendant les nuits d'utilisation des émetteurs, il serait évidemment possible de supprimer purement et simplement la feuille de tôle 15. Le liquide refroidi est collecté en fin des course dans la goulotte 16 ceci de préférence après avoir traversé l'élément filtrant 17. Une pompe de circulation fait passer le liquide de la goulotte 16 dans l'intérieur de la poutre, les pompes de circulation pour le tube 13 et la goulotte 16 étant mises en route et arrêtées ensemble. Pour homogénéiser les gradients de températures à l'intérieur du liquide caloporteur 9, un ou plusieurs agitateurs, peuvent être prévus. L'hélice 18 schematise l'un de ces agitateurs situé sur la paroi extrême de la poutre. Il est évident que le niveau de liquide à basse température dans la poutre-sera réglé pour éviter un debordement à haute température. En cas de débordement le liquide 9 passerait directement dans le tube 13 puis par les trous 14 sous la tôle 15 puis à travers le filtre 17 dans la goulotte 16, cette dernière étant munie d'un trop-plein 19 pour l'évacuation du volume en excèdent. Il est évident que sans rien changer au caractère de l'invention, des nervures en ciment peuvent être adjointes aux parois de la poutre pour les rigidifier ; en particulier, ces nervures sont conseillables sur la paroi 3 à la fois pour la rigidifier et pour améliorer les transferts de calories entre le liquide caloporteur 9 et l'air soufflé dans les gaines 8. REVENDICATIONS 1) Poutre énergétique pour bâtiment caractérisée en ce que cette poutre qui est un élément de toiture du bâtiment est un corps creux allongé rempli de liquide caloporteur, en principe de l'eau douce, la section perpendiculaire à la longueur de la poutre étant un quadrilatère dont le côté inférieur est parallèle au sol. Le deuxième côté est orienté vers l'équateur en faisant par rapport à l'horizontale un angle voisin de l'angle complémentaire du solstice d'hiver. Le troisième côté est raccordé au sommet du deuxième et est orienté vers le pôle. Le quatrième coté rejoint celui qui est parallèle au sol de la partie basse du troisième côté ceci en faisant un angle voisin de 90O avec le côté qui est parallèle au sol. Le deuxième côté est équipé d'une manière connue de capteurs sblaires. Le troisième côté est équipé également d'une-manière connue d'émetteurs nocturnes de calories vers la voûte céleste, des pompes de circulation faisant circuler le liquide calo porteur dans les capteurs ou dans les émetteurs , d'une part en fonction des besoins en calories ou en frigories et, d'autre part en fonction des condi tions atmosphériques. 2) Poutre énergétique pour bâtiment selon revendication I caractérisée en ce que une goulotte munie d'un filtre et d'un trop-plein est situé à la base du côté de la poutre qui est équipé d'émetteurs noctures de calories.