Brevet FR2442932A1 — publié le 19800627

La présente invention concerne une enceinte qui est directement exposée aux conditions climatiques lors de son utilisation et qui est limitée P;lr une ou plusieurs parois dont une partie au moins transmet le rayonnement lumineux. Elle concerne aussi un vitrage utilisable pour la construction de telles enceintes. L'invention a trait plus particulièrement au transfert de chaleur par la partie des parois transmettant la lumière. Ce problème de transfert de chaleur est spéciale ment important Qans les cas où on cherche è maintenir l'intérieur de l'enceinte a une température plus élevée que celle de l'atmosphère ambiante. Le problème revêt une importance toute particulière dans le cas où. une très grande proportion des parois est en un matériau qui transmet la lumière, par exemple dans les serres. La perte de chaleur d'une telle enceinte est particulièrement grande lorsque la paroi ou une paroi transmettant la lumière est dirigée vers le ciel. En plus des serres qui ont aéja été mentionnées, d'autres bâtiments ayant de grandes surfaces vitrées, par exemple des vérandas, sont impliques dans ce problème. Il est évidemment bien connu de vitrer des bâti ments au moyen de verre portant un revêtement de nature à réduire la quantite d'énergie solaire qui pénètre dans le bâtiment, en vue de contribuer au confort des occupants. Toutefois, la présente invention concerne un pro blème rès différent, a savoir la réduction du transfert de chaleur depuis l'intérieur d'un bâtiment ou d'une autre enceinte vers l'extérieur au travers des parois qui transmettent le rayonnement lumineux. Dès lors la présente invention concerne une enceinte directement exposée aux conditions climatiques lors de l'utilisation, par une ou plusieurs parois dont une partie au moins transmet le rayonnement lumineux, caractérisée en ce que- la partie de la paroi ou de l'une au moins des parois, qui transmet le rayonnement lumineux comprend des feuilles transmettant la lumière se faisant face a distance l'une de#l'autre et plusieurs barrières fixes qui s'étendent substantiellement horizontalement entre les feuilles et délimitent avec celles-ci une pluralité d'espaces intermédiaires dont la majorité au moins est en cormunicaL#on avec l'atmosphère ambiante régnant dans l'enceinte. L'invention procure l'avantage important de réduire le transfert de chaleur entre l'intérieur de l'enceinte et l'ex térieur. La raison de ce résultat est double. En premier lieu, la présence d'une feuille intérieure assure que la surface extérieure d'une feuille externe est plus froide qu'elle ne le serait s'il n'y avait pas de feuille intérieure. Cela revient à dire que la perte de chaleur par convection en direction de l'atmosphère ambiante est réduite. En second lieu, le transfert de chaleur par convection depuis une feuille intérieure vers une feuille située vers l'extérieur est réduit du fait de la présence d'un élément ou de plusieurs éléments qui empêche(nt) l'écoulement de l'air dans l'espace ou dans les espaces entre les feuilles. La combinaison de ces deux facteurs, dont le second renforce le premier, procure des réductions très considérables de perte de chaleur vers l'extérieur de l'enceinte. Il est avantageux de prévoir des barrières supplémentaires entre les feuilles, à savoir des barrières qui s'étendent généralement transversalement par rapport aux barrières qui s'étendent horizontalement. De cette manière on peut couper des courants d'air circulant le long de la surface de la paroi et réduire davantage le transfert de chaleur à travers les espaces entre les feuilles. Avantageusement, la partie de paroi est formée par un ou plusieurs panneaux comprenant chacun des feuilles tenues face à face à une certaine distance l'une de l'autre au moyen d'un ou plusieurs espaceurs, étant donné que cela simplifie la construction. Par conséquent, selon le premier aspect de l'invention, les espaces intermédiaires entre les feuilles desdits pan neaux doivent être en communication avec l'atmosphère régnant dans l'enceinte et ils sont de préférence ouverts vers l'atmosphère le long d'au moins un bord de chaque panneau. De tels panneaux sont de construction moins onéreuse que les panneaux hermétiquement clos et, comme les espaces intermédiaires entre les feuilles sont ouverts vers l'atmospb La présente invention porte aussi sur un vitrage pouvant être incorporé en tant que panneau dans ces enceintes du type décrit et elle concerne, par conséquent, un vitrage comprenant au moins deux feuilles transmettant la lumière, maintenues face à face à distance l'une de l'autre au moyen d'un ou plusieurs espaceurs, caractérisé en ce qu'une partie au moins d'au moins un côté du vitrage est ouverte de manière à permettre une communication libre entre l'espace intermédiaire entre les feuilles ou chacun de tels espaces et l'atmosphère ambiante. De préférence, un côté au moins du panneau ou de chacun de ces panneaux est fermé au moyen d'un espaceur marginal. Il convient tout particulièrement d'utiliser des panneaux rectangulaires comprenant chacun un ou plusieurs espaceurs qui tiennent les feuilles transmettant la lumière à distance l'une de l'autre et qui s'étendent le long des bords de trois côtés du panneau, en les fermant. Un panneau de ce genre est installé de préférence avec son côte ouvert dirigé vers le bas afin qu'il ne se rassemble pas de fluide, par exemple de l'eau de condensation, dans le panneau. Dans une enceinte du type considéré, il est préfé rabe'que lesdites barrières soient constituées par les espaceurs des panneaux. Lesdites barrières ou espaceurs peuvent consister en n'importe quel matériau adéquat. Ainsi, par exemple, ils pcu- vent consister en des éléments de châssis en bois Qu en éléments métalliques, notamment en aluminium ou en alliage d'aluminium. Suivant certaines formes d'exécution de l'invention, ces barrière ou espaceurs sont constitués par des masses de matériau adhésif. Ces barrières ou espaceurs sont de préférence collé auxdites feuilles. Il est avantageux qu'une face extérieure du panneau porte un revêtement transmettant la lumière et capable d'augmenter le taux de réflexion de l'infrarouge de la feuille sur laquelle il est appliqué. Un tel panneau doit être incorporé dans l'enceinte avec sa face portant le revêtement dirigée vers l'extérieur. Dans une enceinte du type considéré qui n'est pas formée en utilisant des panneaux en tant que vitrages, il est également préférable que la face externe de la feuille exterieure porte un tel rev#?t#m#.nt. La présence d'un tel revêtement réflecteur de l'infrarouge est considérée comme ayant une grande importance. La déperdition calorifique d'une enceinte donnée peut se produire par rayonnement à travers et depuis les parois et par conduction à travers celles-ci combinée avec le réchauf- fement et la convection de l'atmosphère en contact avec les feui;- les espacées l'une de l'autre. On a constaté qu'au point de vue de la perte de chaleur par-rayonnement, le ciel peut être considéré comme ayant une température apparente inférieure de 5 à 250C à celle de l'air ambiant, suivant les conditions méteorologiques. De la sorte, l'échange de chaleur par rayonnement entre une enceinte à une température déterminée et le milieu environnant, spécialement en direction du ciel, peut atteindre des valeurs importantes. A titre d'exemple, à la latitude de 51 degrés, la perte d'énergie par rayonnement en direction du ciel peut être watts/m de l'ordre de 150 watts/m , jour et nuit. Dans certaines condi- tions, notamment quand l'air est très sec et le ciel clair, la perte d'énergie peut atteindre 250 watts/m2. En fait, d'une manière très approximative, on estime que les 2/3 de la perte de chaleur proviennent du rayonnement et le reste de la conduction et de la convection. En employant un revêtement réflecteur de l'infrarouge sur la surface de la ou des paroi(s) qui trans-mette(nt) la lumière, il est possible de réduire la perte par rayonnement dans une mesure considérable.En appliquant simplement un revêtement qui augmente le taux de réflexion de l'infra-- rouge de la surface de paroi qui transmet la lumière, il est possible d'arriver à une situation où 1/3 seulement de la perte de chaleur totale s'effectue par rayonnement: Afin de réduire encore davantage le transfert de chaleur entre l'intérieur de l'enceinte et l'atmosphère extérieure, on prévoit - comme on l'a dit ci-avant - la présence de plusieurs barrières qui s'étendent horizontalement et celles-ci ont pour effet#de réduire la vitesse à laquelle la chaleur est transférée de la feuille ou des feuilles intérieure(s) de la paroi à la feuille ou aux feuilleS) extérieure(s) par convection de l'air dans les espaces intermfldiaires situés entre les feuilles.La combinaison-de ces deux facteurs dans une enceinte conforme à l'invention donne de très bons re- sultans, meilleurs - de façon surprenante - à ce qu'on pourrait attendre de la simple somme des avantages procurés par chacun des facteurs pris séparéfl#ent. On notera que ledit revêtement ne doit pas être situé du côté intérieure de l'enceinte, afin de réduire ou d'éviter l'effet sur le revêtement de la condensation qui peut se former sur la surface interne du substrat portant le revêtement; ainsi, par exemple, un film d'eau provenant de la condensation peut annihiler les propriétés de réflexion d'un revêtement avec lequel il est en contact. De fait, quand le revêtement e tzou- ve du côté extérieur de la feuille ou des feuilles les pics externes -ainsi qu'on le préfère - il aura tendance à maintenir la température du substrat à un niveau plus élevé, de sorte que le substrat renverra plus de chaleur par rayonnement vers l'intérieur de l'enceinte. Ce facteur, en particulier, permet de réaliser des économies, spécialement pour ce qui concerne le chauffage des serres.Il présente l'avantage supplémentaire de réduire la tendance à la formation de condensats. Afin d'illustrer l'avantage qui peut être obtenu par le premier aspect de la présente invention dans un exemple particulier dans lequel on a utilisé un revêtement réflecteur de l'infrarouge, on a construit deux serres, l'une conforme â l'invention, l'autre en employant du verre ordinaire de la manière habituelle. Les températurqs intérieures des deux serres ont été maintenues au même niveau. On a constaté que la perte de chaleur de la serre conforme à l'invention atteignait la moitié de la perte de chaleur de l'autre serre, ce qui implique une économie de combustible de chauffage considérable. Il est préférable que ledit revêtement augmente le taux de réflexion de la surface de la feuille portant ce revêtement, à l'égard du rayonnement infrarouge ayant une longueur d'onde supérieure à 5 xi. La plus grande partie de l'énergie qui pourrait être émise par radiation par l'enceinte se trouve dans cette gamme de longueurs d'onde et il est donc particulièrement utile de choisir un revêtement qui est efficace à ces longueurs d'onde. Le taux de réflexion du- revétement dans cette gamme de longueurs d'onde est de préférence d'au moins 0,5. Il est préférable qu'une paroi ainsi revêtue transmette au moins une partie du rayonnement infrarouge solaire. Ceci permet au rayonnement infrarouge solaire de pénétrer dans l'enceinte et de la chauffer, ce qui se traduit par une économie d'énergie supplémentaire. Il est avantageux que le revêtement transmette une plus grande proportion de lumière rouge et bleue que de lumière j#aune et verte. Ceci est particulièrement utile dans le cas de serres. La lumière rouge et bleue exerce des effets favorables sur la photosynthèse et donc sur la croissance des plantes, mais la lumière jaune et verte ne contribue pas autant à la photosynthèse et en été, surtout dans les pays chauds, elle peut surchauffer la récolte à l'intérieur de la serre. Ce revêtement peut comprendre un métal, un semiconducteur ou un oxyde. Il peut être appliqué d'une manière connue. Le revêtement comprend avantageusement de l'oxyde d'indium et/ou de l'oxyde d'étain. L'oxyde d'étain est spécialement préféré parce qu'il peut former un revêtement dur, chimiquement et mécaniquement stable, qui permet de le placer en contact direct avec l'atmosphère sans devoir prendre de précautions spéciales. Un tel revêtement d'oxyde est de préférence dopé au moyen d'ions d'antimoine, d'arsenic, de cadmium, de chlore, de fluor et/ou de tellure, car cela augmente son efficacité. Un tel revêtement a de préférence une épaisseur inférieure à 1 m afin de permettre une transmission élevée du rayonnement lumineux visible. Cette épaisseur peut être, par exemple, comprise entre 120 nm et 600 nm, par exemple entre 300 nm et 550 nm. Afin d'illustrer les gains calorifiques qui peuvent être réalisés en utilisant ces revêtements, on a mesuré au même endroit et pendant une même période, la déperdition calorifique par rayonnement. On a obtenu les résultats suivants verre ordinaire : 209 kJ/m..h verre avec revêtement de SnO2;taux de réflexion 0,4 : 155 kJ/m2.h verre avec revêtement de Sn02;taux de réflexion 0,7 : 84 kJ/m' Chaque feuille qui transmet la lumière est de' pré- férenc transparente, car cela permet un éclairement naturel de l'enceinte. Ces feuilles peuvent consister en une matière plastique, notamment en un film flexible en plastique, ou en un matériau vitrocristallin, mais elles sont de préférence en verre. Les enceintes suivant la présente invention peuvent être réalisées pour divers usages. On mentionne plus spé- cialement les serres et les vérandas. On va à présent décrire l'invention d'une manière plus détaillée en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en plan schématique d'un panneau pour la construction d'une paroi d'enceinte conforme à l'invention, - les figures 2 à 5 représentent chacune une coupe à travers une partie marginale d'un panneau tel qu'illustré à la figure 1, et - la figure 6 est une vue en coupe d'une paroi d'enceinte confor me à l'invention. La figure 1 montre un panneau, désigné globalement par la référence 1, comprenant deux feuilles de verre 2,3 montées dans un châssis 4 qui s'etend sur trois côtés du panneau. La feuille de verre 2 porte un revêtement réflecteur de l'infrarouge 5 (figures 2 à 5). Chacune des figures 2 d 5 donne les détails de construction d'un tel châssis. Dans la figure 2, les feuilles de verre 2,3 sont tenues dans dans feuillures d'un élément de châssis en bois 6 par des lattes indiquées respectivement par 7 et 8. Au besoin, ces lattes peuvent être remplacées par du mastic ou bien les feuilles peuvent être collées sur l'élément du châssis 6. Suivant la figure 3, les feuilles de verre 2,3 sont simplement tenues à l'écart l'une de l'autre au moyen d'un espaceur 9 constitué par une matière adhésive. Dans une variante de la figure 3, l'espaceur 9s'étend tout autour du bord du vitrage multiple pour isoler hermétiquement son espace intérieur de l'atmosphère ambiante. Suivant la figure 4, les feuilles de verre 2,3 sont maintenues dans un châssis métallique en U , par exemple en alliage d'aluminium, 10, par des ressorts, tels que 11, qui servent à tenir les feuilles écartées l'une de l'autre. Suivant la figure 5, un profilé métallique en U 12 est collé aux feuilles 2,3 par des masses de matière adhésive 13,14. Selon une variante de la figure 5, l'espace entre les feuilles 2,3 est fermé hermétiquement par des profilés en U tels que 12 et par des masses d'adhésif tels que 13,14. La figure 6 représente une coupe effectuée à travers un toit de serre. Deux panneaux 1 sont montés de manière connue entre les solives du toit dont l'une est représentoe en 15: Chaque panneau comprend deux feuilles de verre 2,3 placées dans un châssis 4 constitué par des profilés en U en aluminium 16 avec interposition d'une masse 17 de matière adhésive entre les feuilles pour assurer leur espacement. La feuilles de verre extérieure 2 de chaque vitrage multiple porte un revêtement réflecteur de l'infrarouge 5 sur sa face externe. Les châssis 4 formés par les profilés en U en aluminium 16 et les masses de matière adhésive 17 constituent des barrières dont certaines parties s'étendent horizontalement à travers la paroi et dont d'autres parties s'étendent vers le haut, ce qui coupe les courants de convection et les tirages dans l'espace 18 entre les feuilles, espace qui se trouve en communication libre en 19 avec l'atmosphère ambiante qui règne dans la serre. On va donner à présent divers exemples de revêtements réflecteurs de l'infrarouge. Exemple 1 Un revêtement consistant principalement en oxyde d'étain (SnO2) avec de petites quantités d'oxyde d'antimoine est déposé sur une feuille de verre sodo-calcique de 4 mm d'épaisseur. Ce revêtement est déposé de manière connue par pyrolyse de chlorure d'étain (SnC12 ou SnCl4) et de chlorure d'antimoine (SbCl3 ou SbCl5). Le revêtement a une épaisseur de 400 nm et présente une teinte verdâtre en réflexion. Le verre revêtu de cette façon a une transmission supérieure à 80 % à l'égard des rayonnements de longueurs d'onde visibles. La transmission du rayonnement infrarouge proche tel que celui émis par le soleil est également élevée, mais le taux de réflexion du rayonnement infrarouge lointain du revêtement est de 0,7. Des feuilles ainsi obtenues ont été utilisées pour former des vitrages pour serres construits comme à la figure 6. On a trouvé que l'emploi de ces vitrages permet de réduire de manière appréciable les déperditions calorifiques de la serre. Ceci est montré dans le tableau ci-après qui donne le pourcentaue de réduction de la perte dc chaleur procure par une telle serre par rar)port à la perte de chaleur alune scrre construite en employant une simple feuille de verre ordinaire. Les serres ont été maintenues à 180C tandis que la 'empsrature de l'atmosphère extérieure ambiante était de 5 C. Les observations ont été faites pour des vitesses du vent de l, 2 et 5 m/s et pour des différences entre la température ambiante (Ta) et les températures apparentes du ciel (Te) de 0, 7,5 et 15 C. Vitesse du vent, m/s Ta-Te ~~~~~~ 1 2 5 0 40,7 37,0 35,6 7,5 47,9 43,7 40,7 15 53,2 48,3 44,3 Exemple 2 Un revêtement consistant principalement en SnO2 dopé par de petites quantités d'ions fluor (F-) est déposé sur des feuilles de verre de 4 mm d'épaisseur fabriquées par le procédé de flottage. Ce dépit est réalisé par déconposition thermique de SnCl4 et de NH4F HF. Le revêtement avait 350 nm d'épaisseur et avait vert en réflexion; il avait un taux de transmission particulièrement élevé dans les régions bleue et rouge. sa transmission de la lumière visible des feuilles portant le revêtement était supérieure à 80 %. Ces feuilles ont été placées dans des panneaux conformément aux figures 1 et 2 pour être utilisées dans une serre. Elles augmentent le taux de réflexion à l'égard du rayonnement infrarouge lointain, qui est principalement émis par la serre, jusqu'à 0,75. Ces feuilles ont aussi été utilisées pour des lucarnes et, dans les deux cas, on a obtenu une réduction considérable de la perte de calories. Exemple 3 Un revêtement de SnO dopé par de l'antimoine a -2 été déposé sur des feuilles de verre sodo-calcique de 4 mm d' & paisseur par le procédé de l'exemple 1, en une épaisseur de 110 nm; cela a donné une teinte jaune en réflexion. La transmission de la lumière visible par les feuilles portant le revêtement était supérieur à 80 8 et le taux de réflexion du revêtement pour le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde entait de 0,5. Des panneaux contenant des feuilles ainsi revêtues peuvent être avantageusement utilisés dans des serres construites conforméent à la figure 6. Exemple 4 Des feuilles de verre sodo-calcique de 3 mm d'é- paisseur ont reçu un revêtement de 500 nm de SnO2 dopé par de l'antimoine, appliqué par pyrolyse d'une solution de SnCl4 et de SbCl3. Ces feuilles ainsi revêtues avaient un pouvoir de transmission de la lumière visible supérieur à 80 % et plus de 80 %du rayonnement infrarouge lointain ayant des longueurs d'on de supérieures à J 5yum étaient réfléchis. Ces feuilles ont été placées dans des panneaux utilisables dans une serre ou une véranda. Afin d'obtenir l'effet favorable maximal; les surfaces des feuilles portant le revêtement formaient la surface extérieure de la serre. On a aussi obtenu de très bons résultats en utilisant des revêtements d'oxyde d'indium par exemple, déposés en une épaisseur de 200 nm en employant une solution de In13. Une feuille ainsi revêtue a un pouvoir de transmission de la lumière visible de l'ordre de 85 % et réfléchit environ 90 % du rayonnement infrarouge lointain. REVENDICATIONS 1. Enceinte directement exposée aux conditions climatiques lors de son utilisation, limitée par une ou plusieurs parois dont une partie au moins transmet le rayonnement lumineux, caractérisee en ce que la partie de la paroi ou de l'une au moins des parois, qui transmet le rayonnement lumineux comprend des feuilles transmettant la lumière qui se font face à distance l'une de l'autre et plusieurs barrières fixes qui s'étendent substantiellement horizontalement entre les feuilles et délimitent avec celles-ci une pluralité d'espaces intermédiaires dont la majorité au moins est en communication avec l'atmosphère ambiante régnant dans l'enceinte. 2. Enceinte suivant la revendication 1 caractéri sée en ce que des barrières supplémentaires qui s'étendent gêné- -ralement transversalement vis-à-vis des barrières qui s'étendent horizontalement, sont disposées entre les feuilles. 3. Enceinte suivant la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la partie de la paroi susdite est formée par un ou plusieurs panneaux comprenant chacun-des feuilles maintenues face à face à distance l'une de l'autre au moyen d'un ou plusieurs espaceurs. 4. Enceinte suivant la revendication 3 caractérisée en ce qu'au moins une partie d'au moins un côté d'un ou de chacun des panneaux est ouverte pour permettre une communication libre entre l'espace intermédiaire situé entre les feuilles ou chacun de ces espaces et l'atmosphère ambiante régnant à l'inte- rieur de l'enceinte et en ce que au moins un côté d'un ou de chacun des panneaux est fermé par un espaceur marginal qui constitue une des barrières ou des barrières supplémentaires susdites. 5. Enceinte suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que au moins la surface de la feuille qui se trouve à l'extérieur de l'enceinte porte un revêtement transmettant la lumière capable d'augmenter le taux de réflexion de l'infrarouge de la feuille sur laquelle il est appliqué. 6. Enceinte suivant la revendication 5 caractérisée en ce que le revêtement augmente le taux de réflexion de la surface de la feuille qui le porte à l'égard du rayonnement infrarouge ayant une longueur d'onde supérieure à 5 pm et en ce que la partie de la feuille portant le revêtement transmet au moins une partie du rayonnement infrarouge solaire. 7. Enceinte suivant la revendication 5 ou 6 caractérisée en ce que la feuille portant le revêtement transmet une plus grande proportion de lumière rouge et bleue que de lumière jaune et verte. 8. Enceinte suivant l'une des revendications 5 à 7 caractérisée en ce que le revêtement comprend de l'oxyde d'indium et/ou de l'oxyde d'étain dopé au moyen d'ions d'antimoine, d'arsenic, de cadmium, de chlore, de fluor et/ou de tellure. 9. Enceinte suivant l'une des revendications 5 à 8 caractérisée en ce que le revêtement a une épaisseur inférieure à lJim. 10. Vitrage comprenant au moins deux feuilles transmettant la lumière maintenues face à face à distance l'une de l'autre au moyen d'un ou plusieurs espaceurs, caractérisée en ce que au moins une partie d'au moins un côté du vitrage est ouverte de manière à permettre une communication libre entre l'espace intermédiaire entre les feuilles ou chacun de ces espaces et l'atmosphère ambiante. 11. Vitrage suivant la revendication 10 caractérisé en ce qu'il est rectangulaire et comprend un ou plusieurs espaceurs marginaux qui s'étendent le long des bords de trois catés et ferment ceux-ci. 12. Vitrage suivant la revendication 10 ou 11 cara-- terisé en ce qu'une surface extérieure d'une feuille porte un revêtement transmettant la lumière et capable d'augmenter le taux de réflexion de l'infrarouge de la feuille sur laquelle il est appliqué. 13. Vitrage suivant la revendication 12 caractérisé en ce que le revêtement susdit augmente le taux de réflexion de la surface de la feuille qui le porte à l'égard du rayonnement infrarouge ayant une longueur d'onde supérieure à 5 ym et en ce que ladite feuille portant le revêtement transmet au moins une partie du rayonnement infrarouge solaire. 14. Vitrage suivant la revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que la feuille portant le revêtement transmet une plus grande porportion de lumière rouge et bleue que de lumière jaune et verte. 15. Vitrage suivant l'une des revendications 12 à 14 caractérisé en ce que ledit revêtement comprend de l'oxyde d'indium et/ou de l'oxyde d'étain dopé au moyen d'ions d'antimoine, d'arsenic, de cadmium, de chlore, de fluor et/ou de tellure. 16. Vitrage suivant l'une des revendications 12 à 15' caractérisé en ce que le revêtement a une épaisseur inférieure à 1 m.