Brevet FR2412035A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne des systèmes de ventilation du type dit "naturel" dans lesquels le débit d'air à travers un batiment est principalement contré par le dégagement thermique engendré à l'intérieur du bâtiment, à savoir le débit d'air n'est pas produit par des ventilateurs incorporés dans le système de ventilation. De tels systèmes sont aussi appelés systemes "statiques" ou à débit par gravité". De tels systèmes de ventilation comportent des structures de sortie d'air qui sont montées au-dessus d'ouvertures ou "gueulards" de ventilation dans les toits. des bâtiments. De tels aérateurs sont fréquemment disposés le long du faite d'une construction comportant un toit à deux pentes au-dessus d'une ouverture de ventilation allongée et sont appelés aérateurs de toit. De tels aérateurs de toit, pendant leur fonctionnement, assurent l'extraction de volumes importants d'air à faible vitesse pour leur evacuation dans l'atmosphère La structure d'un aérateur de toit comporte une superstructure statique importante montée audessus du toit, laquelle a pour fonction de diriger l'air evacué de l'immeuble et également d'empocher l'entrée de l'humidité et des poussières atmosphériques dans le bâtiment par le gueulard ou cheminée de ventilation. Cette dernière fonction est appelée étanchéité aux intempéries. Les éléments déflecteurs des structures d'aérateurs de l'art antérieur assuraient la fonction d'étanchéité aux intempéries mais nuisaient à l'efficacité de l'écoulement d'air. La présente invention a pour but de fournir une structure d'aérateur statique qui assure un meilleur compromis entre la nécessité d'une étanchéité aux intempéries et le besoin d'obtenir des caractéristiques d'écoulement de l'air efficaces pour l'air évacué par l'intermédiaire de la structure de l'aérateur A cette fin, la présente invention combine certaines caractéristiques d'un aérateur de toit de type classique qui comporte une ouverture de ventilation réalisée dans le toit du bâtiment et une structure d'aérateur améliorée qui est montée audessus de l'ouverture de ventilation.La structure comporte - deux parois paralleles de gueulard d'aérateur espacées l'une de l'autre s'étendant le long de l'ouverture de ventilation, lesdites parois de gueulard présentant des lèvres supérieures évasées vers l'extérieur - deux parois latérales, parallèles d'aérateur espacées l'une de l'autre, chacune disposée vers l'extérieur par rapport à une des parois du gueulard de ventilation, ces deux parois constituant ensemble une paire de surfaces concaves vers l'intérieur s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal de l'ouverture de ventilation - une structure longitudinale centrale disposée entre les parois latérales de l'aérateur et au-dessus de l'ouverture de l'aérateur, ladite structure longitudinale centrale étant formée par une paire de surfaces divergeant vers le haut qui sont réunies le long de leurs bords inférieurs parallèles à l'axe longitudinal de l'ouverture de ventilation et disposées symétriquement au-dessus de l'ouverture de ventilation, les bords externes libres des surfaces divergentes étant disposés approximativement au niveau, au-dessus de l'ouverture de ventilation, où les parois latérales concaves vers l'intérieur de l'aérateur sont les plus écartées l'une de l'autre ; et, - deux ailettes allongées de guidage du flux d'air courbées ou pliées, ces ailettes étant chacune disposées entre les bords externes de l'une desdites surfaces divergentes et la paroi latérale adjacente de l'aérateur, chacune s'étendant depuis un niveau au-dessus du bord extérieur libre adjacent jusqu'à un niveau en dessous de ce bord extérieur libre adjacent Des expériences récentes avec des prototypes d'aérateurs ont montré que des améliorations du flux d'air se produisent lorsque les caractéristiques suivantes sont combinées dans un aérateur de toit En premier, l'utilisation de lèvres supérieures évasées vers l'extérieur sur les parois du gueulard de l'aérateur tendent à minimiser l'apparition de turbulences au niveau du rebord supérieur du gueulard de l'aérateur. En second, les surfaces divergeant vers le haut de la structure longitudinale centrale subdivisent uniformément le flux d'air existant. En troisième, les ailettes de guidage du flux d'air pliées ou courbées tendent à distribuer l'air évacué sur toute la section disponible de la structure de l'aérateur sans turbulence appréciable. Les caractéristiques ci-dessus mentionnées considérées en combinaison peuvent assurer qu'il n'existe aucune trajectoire rectiligne permettant à la pluie d'accéder depuis le bord supérieur des parois latérales de l'aérateur et/ou depuis le bord supérieur des ailettes de guidage d'air pliées ou courbees dans le gueulard de l'aérateur De preference, lesdits bords libres des surfaces divergeant vers le haut comportent des prolongements en arc ou recourbés se terminant à un niveau en-dessous des bords supérieurs desdites ailettes pliées ou courbées de guidage du flux d'air. Ces prolongements des bords constituent une quatrième caractéris- tique pour réduire l'apparition d'une turbulence dans la région centrale de la structure de l'aérateur. Ces quatre caractéristiques doivent être combinées avec les parois latérales de l'aérateur d'une manière telle que la section en coupe disponible pour le flux d'air à chaque niveau sur toute la structure de l'aérateur soit au moins aussi grande que la section en coupe du gueulard de l'aérateur. De préférence, une telle section en coupe transversale s 'accroît progressivement au moins au-dessus du niveau des bords externes des surfaces divergeant vers le haut, c'est-à-dire que les lignes tangentes à ou dans le prolongement des parties- d'extrémité des parois latérales externes et les prolongements des bords en arc ou recourbés des surfaces divergeant vers le haut forment un angle aigu. Normalement, la distance entre les deux bords libres des surfaces divergeant vers le haut est plus grande que l'ouverture de l'aérateur. La structure longitudinale centrale se combine avec les ailettes de guidage du flux d'air pliées ou courbées, les parois latérales de l'aérateur et les parois du gueulard de 1' aérateur pour assurer une étanchéité aux intempéries de la structure d'aérateur en résultant. Selon un mode de réalisation, la structure longitudinale centrale forme un chéneau central au-dessus de la connexion des bords inferieurs des deux surfaces divergentes, pour collecter et détourner les poussières et l'humidité atmosphériques. Selon un autre mode de réalisation, la structure longitudinale centrale peut être chapeautée par une surface de toit à deux pentes ou en dôme pour dévier l'humidité et les poussières atmosphériques vers l'extérieur en les écartant de l'ouverture de l'aérateur. Selon encore une variante de réalisation, des ailettes de guidage du débit d'air optionnelles peuvent être disposées près du niveau supérieur de l'ouverture de l'aérateur et entre les parois du gueulard en s'évasant de part et d'autre de ladite connexion des bords inférieurs des surfaces divergentes. Ces ailettes de guidage du flux d'air optionnelles sont de préférence montées pivotantes ou articulées pour fonctionner comme éléments de fermeture de l'aérateur destinés à être utilisés lorsque i'aérateur est hors service. Un perfectionnement supplémentaire est obtenu par un montage pivotant des ailettes de guidage du flux d'air pliées ou courbées allongées (supérieures) de manière qu'elles puissent être déplacées entre des premières positions dans lesquelles elles facilitent un écoulement d'air non turbulent à travers l'aérateur et des secondes positions dans lesquelles elles ferment l'aérateur lorsqu'il n'est pas utilisé. Ceci peut être préférable à et plus avantageux que la fermeture de l'aérateur par des ailettes de guidage montées pivotantes dans le gueulard parce que l'accessibilité à ces dernières est faible. De préférence, le pivotement est assuré par des embiellages mécaniques extensibles actionnés par des moteurs électriques ou hydrauliques montés à l'intérieur de la structure de l'aérateur, par exemple au sommet de celle-ci pour faciliter de plus l'accès pour les réparations et l'entretien. Une telle disposition peut être adoptée avec une structure longitudinale centrale conventionnelle ayant une forme en chapeau convergeant vers le haut. Les ailettes de guidage du flux d'air allongées , pliées ou courbées peuvent etre plus proches des extrémités externes des surfaces divergeant vers le haut que des parois latérales de l'aérateur et elles servent alors à accroître l'efficacité de l'aérateur (voir figure 4). Des modes de réalisation spécifiques de la présente invention seront maintenant décrits avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Figs. I et 1A sont des vues en plan et en perspective, respectivement d'une installation d'aérateur naturel sur un bâtiment avec toit à deux pentes Fig. 2 est une vue-en bout de la structure représentée dans la figure 1 Fig. 3 est une vue en coupe schématique par A-A de figure 1; Fig. 4 est une vue en coupe schématique semblable à celle de figure 3, illustrant un prototype particulier d' aéra- teur Fig. 5 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation avec des ailettes de guidage supérieures montées pivotantes et, Fig. 6 est une vue fragmentaire représentant le bâti support de la structure pour le mode de réalisation de la figure 5. Les figures 1, 1A et 2 représentent une installation industrielle pour une usine ou un atelier tel qu'une fonderie dans laquelle le bâtiment 10 a, de manière typique, des dimensions de 40 mètres de long par 20 mètres de large et environ 10 mètres de haut jusqu'au faite du toit 12. Sur une partie substantielle de la longueur du toit 12 est prévue une ouverture centrale d'aérateur 14, au-dessus de laquelle est montée la structure de l'aérateur de toit 18 qui est habituellement formé de plusieurs modules 20 interconnectés. Les entrées d'air de ventilation du bâtiment 19 sont réalisées par des grilles à auvents 22, dans les murs latéraux et/ou les murs pignons.La structure de l'aérateur 18 est fixée sur la charpente du bâtiment 10 et comporte des élé- ments de bâti porteur interne en acier (non représentés). Des éléments formant chaperon convenables sont installés en 16 (figure re 2) pour réaliser un assemblage résistant aux intempéries. Les dimensions, les proportions et la nature générale des activités exercées à l'intérieur du bâtiment déterminent les dimensions requises pour l'ouverture 14 de l'aérateur et les dimensions des entrées d'air telles que les grilles à auvents 22. En général, l'ouverture centrale 14 a une largeur de 1 à 5 mètres. La largeur de l'ouverture 14 dépend de plus de l'efficacité de la structure 18 de l'aérateur. Les perfectionnements résultant de la présente invention sont significatifs puisque l'efficacité améliorée de l'écoulement d'air permet l'utilisation d'aérateurs de taille plus petite qui sont moins chers en eux-memes et qui nécessitent moins de renforcement de la construction pour les supporter, ce qui assure ainsi une économie supplémentaire. Les caractéristiques importantes des aérateurs mettant en oeuvre la présente invention sont représentées dans la figure 3. La structure de l'aérateur 18 est fabriquée à partir d'éléments en tôle métallique qui sont fixés sur les éléments de la charpente en acier non représentée. L'aérateur comporte des parois latérales d'aérateur 30 de forme généralement convexe. L'ouverture de l'aérateur 14 comporte des parois de gueulard d'aérateur intérieures 24 et des parois de gueulard d'aérateur extérieures 38 qui comportent des éléments de chaperon 40 s'étendant audessus du toit du bâtiment 12 et des lèvres supérieures 50 évasées vers l'extérieur. Le faite 26 du bâtiment est indiqué par l'intersection des lignes en tireté 28. Une structure longitudinale centrale 24 est réalisée à partir d'une première surface 46 et d'une seconde surface 48 qui divergent vers le haut et sont réunies en 42 le long de leurs bords inférieurs, lesquels sont parallèles au faite 26. La structure longitudinale centrale 32 est disposée symétriquement au-dessus du faite 26 du bâtiment. La première surface 46 et la seconde surface 48 présentent des prolongements des bords externes en forme d'arc recourbés vers le haut 52 qui sont disposés à un niveau au-dessus du faite 26 correspondant approximativement au niveau où les parois latérales de l'aérateur 30 sont les plus éloignées comme indiqué par la ligne en traits mixtes 34. Une paire d'ailettes de guidage d'écoulement d'air pliées ou courbées 64 sont disposées, chacune entre un prolongement du bord externe en forme d'arc 52 et la paroi latérale de l'aérateur 30 adjacente. Le bord supérieur 65 de chaque ailette de guidage d'écoulement d'air pliée ou courbée 64 est positionné au-dessus de la ligne en traits mixtes 34, c'est-à-dire au-dessus du niveau des prolongements des bords externes de section en arc 52. Le bord inférieur 66 de chaque ailette de guidage d'écoulement d'air pliée ou courbée 64 est positionné en dessous de la ligne en traits mixtes 34, c'est-à-dire en dessous du niveau des prolongements des bords externes de section en arc 52. On observera que les bords inférieurs 68 des parois latérales 30 de l'aérateur sont disposées vers 1 extérieur et en dessous des lèvres supérieures évasées vers l'extérieur 50.On observera de plus, que les prolongements des bords externes en forme d'arc 52 sont positionnés-au-dessus et vers l'extérieur des lèvres supérieures évasées vers l'extérieur 50. On observera aussi que les bords inférieurs 66 des ailettes de guidage d'écoulement d'air pliées ou courbées 64 sont positionnés de manière qu'ils se trouvent verticalement au-dessus de la surface interne de la paroi latérale 30, de l'aérateur, ce par quoi toute humidité qui peut s'amasser sur l'ailette de guidage d'écoulement d'air pliée ou courbée 64, tombera sur la surface interne de la paroi latérale 30 de l'aérateur et, de là, sera déviée par le chaperon de toit 40 pour s'écouler sur le toit à deux pentes 12. Comme représente dans la figure 3, la première surface 46 et la seconde surface 48 se combinent en 42 pour former une gouttière qui collecte l'humidité et les poussières atmosphériques tombant entre les prolongements des bords externes en arc 52. Des dispositifs convenables tels qu'unie gouttière de descente, non représentée, sont prevus pour évacuer l'humidité et les poussières atmosphériques accumulées hors de la gouttière au point 42. Selon une variante de réalisation, la structure longitudinale centrale 32 peut etre munie d'une surface en toit à deux pentes ou en dôme 44 qui se combine au niveau de ses bords avec les surfaces 46, 48 pour former deux canaux d'évacuation de l'eau 54. Les ailettes de direction du flux d'air courbées ou pliées 64 sont, de préférence, courbées dans les ventilateurs de taille relativement fa-ible et sont, de préférence, pliées dans les ventilateurs de taille importante, le pliage étant effectué sous forme de plis successifs de manière à réduire la turbulence due à l'écoulement de l'air sortant à travers l'aérateur. Selon un autre mode de réalisation optionnel de la présente invention, les ailettes de guidage d'écoulement d'air 60,62 peuvent être disposées à raison d'une entre chaque paroi du gueulard d'aérateur 38 et le point 42. Dans la position ouverte telle que représentée dans la figure 3, les ailettes de guidage d'écoulement d'air optionnelles 62 fournissent une légère amélioration de l'efficacité de l'écoulement d'air à travers la structure de l'aérateur 18. Cependant, dans leurs positions fermees telles que représentées par les lignes en tireté 60', 62' ou 60", 62", les ailettes de guidage d'écoulement d'air optionnelles servent à fermer la structure de l'aérateur 18 lorsqu'il n'est pas utilisé.Dans une position de fermeture, les ailettes de guidage d'écoulement d'air optionnelles 60', 62' ferment le passage d'écoulement d'air entre la paroi du gueulard d'aérateur 38 et l'une des surfaces adjacentes 46, 48. Dans l'autre position de fermeture, les ailettes de guidage d'écoulement d'air optionnelles 60" ferment l'ouverture de l'aérateur 14 indépendamment de la structure longitudinale centrale 32. Essai d'un prototype Des structures prototypes d'aérateur construites comme indiqué dans la figure 4 et fonctionnant avec des débits de flux correspondant à un nombre de Reynold de 18.000 à 400.000 dans le gueulard, ont donné un coefficient d'extraction de 0,6 à 0,65 qui est de manière significative et surprenante meilleur que celui des aérateurs naturels connus jusqu'ici (approximativement 0,4 à 0,5) plus spécialement avec des vitesses d'air très faibles. Dans la figure 4, quatre centres d'arcs A, B, C, D sont placés comme représenté pour établir la forme circulaire (A) de la lèvre en arc 50 du gueulard; (C) des prolongements des bords extérieurs en arc 52 ; (D) des ailettes de guidage d'écoulement d'air courbées et , (B) des parois latérales 30 de l'aérateur. Le bord supérieur 65 de l'ailette de guidage d'écoulement d'air courbée 64 est une surface plane. On notera que les distances entre les prolongements 52 et les parois latérales 30 sont chacune égale à au moins la moitié de la largeur du gueulard. Ir Dans la figure 4, le rapport de la longueur à la largeur du gueulard était d'environ 4,0. Dans la figure 5, les mêmes chiffres de référence ou des chiffres de référence munis d'un prime sont utilisés pour les mêmes parties ou pour des parties semblables légèrement modifiées. Ces modifications concernent principalement la forme plus en gobelet des parois laterales 30' de l'aérateur, le prélèvement relatif de la structure longitudinale centrale par rapport aux parois la térales de l'aérateur, le prolongement direct des parois latérales 38' du gueulard à travers le faite, une divergence plus faible des surfaces 46' et 48', et le prolongement des extrémités supérieures des ailettes de guidage d'air courbées ou pliées 64' jusqu'à la sortie supérieure de la structure de l'aérateur. Les ailettes 64' sont montées pivotantes en 86 et leur prolongement vers le haut facilite leur entraînement entre les positions, représentées en trait plein ou en tireté correspondant au guidage de I1 air et à la fermeture de l'aérateur, respectivement. L'état de fermeture bloque à la fois l'action normale de 1' aérateur et l'entrée de l'humidité et de poussières atmosphériques dans le bâtiment desservi. Les dispositifs de commande 88, tels que des vérins hydrauliques ou même des moteurs électriques linéaires entraînent des tiges 90 pour déplacer des biellettes 92 articulées à leurs extrémités sur ces tiges et sur les ailettes 64'. Un bâti en acier préférentiel est représenté dans la figure 6 lequel est destiné à supporter les panneaux constituant ce qui est représenté dans la figure'5, habituellement sous forme de longueurs modulaires s' étendant entre les bâtis supports modulaires de la figure 6. Dans la figure 6 sont représentés des élé- ments de bâti courbes 70, une poutre horizontale supérieure 71, une poutre horizontale inférieure72, des éléments supportant la structure centrale 73, 74, des étançons d'entretoisement 75, 76, 77, 78 et des supports de gueulard verticaux 79. L'axe pivot 86 est monté dans une patte de montage appropriée 80 qui est fixée sur l'étançon intermédiaire 76. Les dispositifs décommande 88 sont fixés sur la poutre horizontale supérieure 71. Des moteurs électriques autres que des moteurs du type linéaire peuvent être employés comme dispositifs de comme 88. De même, toutes timoneries mécaniques actionnées manuellement peuvent être utilisées pour déplacer les ailettes de guidage d'air courbées ou pliées 64' d'une position vers une autre position. Les aérateurs tels qu'illustrés dans les dessins sont montés symétriquement dans et le long du faite d'un toit à deux pentes. Ils peuvent toutefois être utilisés en étant déportés par rapport au faite mais en restant parallèles à celui-ci ou former un angle par rapport au faîte, en particulier en étant perpendiculaires et en s'étendant vers le bas à partir du faîte. Ils peuvent également être utilisés sur des toits plats. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Un aérateur à tirage naturel sous la forme d'une structure surmontant une ouverture d'aérateur dans le toit d'un bâtiment, caractérisé en ce qu'il comporte deux parois de gueulard d'aérateur parallèles, espacées 8'une de l'autre, s'étendant le long de l'ouverture de l'aérateur, lesdites parois de gueulard présentant des lèvres supérieures évasées vers l'extérieur, deux parois latérales d'aérateur parallèles et espacées l'une de 1' autre, chacune disposée à l'extérieur par rapport à l'une des parois de gueulard d'aérateur et constituant ensemble une paire de surfaces concaves vers l'intérieur s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal de l'ouverture d'aérateur une structure longitudinale centrale s'étendant entre les parois latérales d'aérateur et au-dessus de l'ouverture d'aérateur, ladite structure longitudinale centrale étant formée par une paire de surfaces divergeant vers le haut qui sont réunies le long de leurs bords inférieurs parallèles à l'axe longitudinal de l'ouverture d'aérateur, ces surfaces étant disposées symétriquement au-dessus de l'ouverture d'aérateur, les bords extérieurs libres des surfaces divergentes étant disposés approximativement au niveau au-dessus de l'ouverture d'aérateur où les parois latérales concaves vers l'intérieur de l'aérateur sont espacées au maximum l'une de l'autre, deux ailettes de guidage d'écoulement d'air courbées ou pliées, allongées, disposées chacune entre un des bords externes en arc des surfaces divergentes et la paroi latérale adjacente de l'aérateur et s'étendant chacune depuis un niveau au-dessus de celui du bord extérieur libre adjacent jusqu'à un niveau en dessous de celui du bord extérieur adjacent. 2. Un aérateur à tirage naturel selon la revendication I caractérisé en ce que les bords extérieurs libres des surfaces divergeant vers le haut comportent des prolongements des bords en arc ou pliés se terminant en dessous des bords supérieurs desdites ailettes de guidage du flux d'air courbées ou pliées. 3. Un aérateur à tirage naturel selon la revendication 2 caractérisé en ce que les lignes qui prolongent ou sont tangentes aux parties d'extrémité des parois latérales du ventilateur et au prolongement adjacent en arc ou plié des surfaces qui divergent vers le haut forment un angle aigu de manière que la section de la surface disponible pour l'écoulement d'air s' accroisse progressivement vers le haut. 4. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bords inférieurs desdites ailettes de guidage d'écoulement d'air sont disposés vers l'extérieur par rapport aux lèvres supérieures évasées vers l'extérieur des parois du gueulard et, de plus, disposés verticalement au-dessus des surfaces internes inférieures des parois latérales d'aérateur adjacentes. 5. Un aérateur à tirage naturel selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un chapeau en forme de dôme ou à deux pentes est prévu au-dessus de la structure longitudinale centrale et en ce que des gouttières sont prévues le long de chaque côte de la structure longitudinale centrale entre le dôme ou chapeau et le prolongement du bord-externe en arc ou plié adjacent. 6. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractériséen ce que les distances minimales entre les bords extérieurs libres des surfaces divergeant vers le haut et les surfaces concaves vers l'intérieur adjacentes sont toutes égales à au moins la moitié de la largeur entre les parois de gueulard. 7. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le coefficient d'extraction dépasse 0,6. 8. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que deux ailettes de guidage d'écoulement d'air allongées et espacées l'une de l'autre sont disposées chacune en s'étendant entre une des parois de gueulard de l'aérateur et les bords inférieurs solidarisés entre eux de la structure longitudinale centrale. 9 Un aérateur à tirage naturel selon la revendication 8 caractérisé en ce que les deux ailettes de guidage d'écoulement d'air sont montées pivotantes entre une première position dans laquelle elles aident à l'écoulement de l'air vers le haut à travers le gueulard d'aérateur et une autre position dans laquelle lesdites vannes de guidage d'écoulement d'air ferment le gueulard de l'aérateur. 10. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 7, caractérisé en ce que les deux vannes de guidage d'écoulement d'air courbées ou pliées, allongées, sont montées de manière pivotante pour se déplacer entre une première position de guidage d'air et une seconde position dans laquelle les ailettes ferment les passages entre la structure centrale et les parois latérales de l'aérateur. 11. Un aérateur à tirage naturel selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'entraîne- ment pour faire pivoter les ailettes par l'intermédiaire d'une timonerie. 12. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 à Il, caractérisé en ce que les ailettes de guidage de l'air courbes ou pliées, allongées, sont plus près des extrémités externes des surfaces divergeant vers le haut que des parois latérales de l'aérateur. 13. Un aérateur à tirage naturel selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, utilisé en combinaison avec un bâtiment à toit à double pente, caractérisé en ce que l'ouverture de l'aé- rateur s'étend le long du faite du toit.