Brevet FR2461900A1 — publié le 19810206

! L'invention se rapporte à une installation d'isolation thermique et de captage d'énergie Thermique pour un bâtiment dont les murs extérieurs et éventuellement également le toit sont revêtus d'une matière isolente de la chaleur, elle-même revêtue d'un matériau de parementO Lorsqu'on cherche de nouvelles solutions pour amélio- rer l'exploitation de lénergie utilisée pour le chauffage des bâtiments et que 1lon cherche à exploiter de nouvelles é- nergies, il se pose d'une part le problème d'isoler les bâti- ments et, d'autre part, celui de créer des surfaces sur les- quelles on puisse prélever la chaleur de l'enviromnnement et la transformer au moyen d'une ponpe t chaleur en une chaleur disponible a une température plus élevyee Pour résoudre le pre- Umier problème, il est connu de revêtir les murs extérieurs et éventuellement le toit d'un bâtiment d'une matièere isolante de chaleur. A cet effet, on utilise par exemple des baldes ou nappes de fibres de verre ou de mousse de matière plastique. Pour résoudre le deuxième problème, il est connu de monter des collecteurs solaires sur les toits des bâtiments. Ces collec- teurs absorbent le rayonnement calorifique direct et le recueil- lent par exemple dans des serpentTins dans lesquels on fait cir- culer par exemple de l'eau. Cette eau est chauffée et transmi- se à un appareil consommateur de chaleur. Toutefois, suivant l'état de la technique, les grandes surfaces externes des bâti- ments c'est-à-dire les murs extérieurs restent inutilisées. Cette situation a plusieurs causes. L'une de ces causes est que, en raison de la course journalière du soleil de l'est vert 1' ouest, chacun des murs extérieurs n'est exposé au rayonnement solaire direct que pendant quelques heures. Les murs situés au nord et ceux qui sont à l'ombre ne reçoivent absolument aucun rayonnement solaire direct. Lorsque le soleil est haut sur 1' horizon, l'angle d'incidence est défavorable, c'est pourquoi les collecteurs solaires qui seraient montés sur les murs ex- térieurs ne travailleraient qu'avec un rendement médiocre. Les frais élevés de fabrication et de montage de ces collecteurs ne pourraient être amortis. Par ailleurs, il est très difficile et très coûteux d'entretenir et de nettoyer les collecteurs so- laires montés sur des murs extérieurs verticaux. Il en résulte que, suivant l'état de la technique, les plus grandes surfaces externes d'un bâtiment, c'est-à-dire ses murs extérieurs, ne sont pas utilisées pour capter l'énergie thermique de l'envi- ronnement. C'est ici qu'intervient l'invention, dont le but est d'utiliser pour le captage de l'énergie thermique de l'en- vironnement les grands murs extérieurs des bâtiments qui, dans l'état de la technique, sont déjà revêtus d'une matière ther- miquement isolante. Suivant l'invention, ce problème est réso- lu dans une installation du genre cité au début par le fait que des tubes en méandres sont posés sur la matière thermiquement isolante et sont reliés au circuit primaire d'une pompe & cha- leur. Dans ces tubes, on fait circuler un fluide capable d'ac- cumuler la chaleur. Dans le cas le plus simple et en général, ce fluide est de l'eau. A la différence du captage de l'éner- gie thermique par collecteurs solaires, l'énergie thermique est captée au moyen de ces tubes de façon extensive, c'est-à-dire, sur de grandes surfaces. De cette façon, on peut exploiter mê- me un faible gradient de température ou une faible différence de température relativement à la température régnant sur le c8- té secondaire de la pompe à chaleur. A cela s'ajoute le fait que les tubes sont posés sur la matière isolante qui est de toute façon déjà présente. La chaleur qui agit de l'extérieur sur les tubes est donc entièrement transmise au fluide qui par- court ces tubes et elle ne se transmet pas vers l'intérieur aux murs extérieurs du bâtiment. Tous les murs extérieurs du bâtiment, éventuellement, et également les surfaces du toit, sont équipés de tubes. La chaleur de l'environnement est donc utilisée de façon extensive. Le fait qu'un mur extérieur situé au nord n'est jamais exposé au soleil, ou pour d'autres raisons, d'autres murs extérieurs ou d'autres parties de murs extérieurs ne présentent qu'une faible différence de température par rap- port au circuit secondaire de la pompe à chaleur n'a donc pas une grande importance. A la différence des collecteurs solai- res classiques, les tubes une fois posés n'exigent aucun entre- tien. 246 1900 Suivant une forme avantageuse de réalisation de l'in- vention, pour simplifier la pose et la fixation des tubes et de la matière thermiquement isolante elle-même et pour permet- tre d'appliquer cette matière d'une façon simple même sous une forte épaisseur, la matière thermiquement isolante est compo- sée de plaques distinctes sur la surface externe desquelles sont prévus des dispositifs destinés à tenir les tubes. Natu- rellement ces plaques présentées sous la forme de pièces indi- viduelles peuvent être montées sur les murs extérieurs et éga- lement adaptées aux circonstances locales d'une façon beaucoup plus simple que les grandes nappes de fibres de verre ou de mousse de matière plastique souple. Le fait que, suivant l'in- vention, ces plaques portent en même temps des dispositifs pour tenir les tubes supprime une opération séparée du travail. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les pla- ques et les tubes tenus par ces plaques sont recouverts d'un grillage métallique et ce grillage est ensuite fixé par des vis et revêtu d'une couche de parement. Le grillage retient les tu- bes dans leurs dispositifs de retenue et entre ces derniers. En même temps, le grillage forme un bon support pour l'appli- cation d'un enduit grossier ou fin. Cet enduit présente de pré- férence une surface rugueuse. En effet, grâce à cette rugosité on dispose d'une plus grande surface pour la transmission de la chaleur de l'environnement ou de l'atmosphère à la couche de parement et, de ce fait, aux tubes. Les plaques peuvent être fixées sur les murs extérieurs et sur le toit au moyen de pattes de fixation ou de chevilles. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les plaques sont collées sur les murs extérieurs et sur le toit. Suivant l'invention, on obtient une liaison par- ticulièrement solide et durable entre les plaques et les murs extérieurs ou le toit lorsque ces plaques présentent au moins un trou qui part de leur face de dessous avec un diamètre croissant et dans lequel l'adhésif appliqué sur le mur exté- rieur ou sur le toit pénètre en formant un bouchon. En raison de l'accroissement du diamètre du trou, ce bouchon a également 246-1900 un diamètre croissant. Après le durcissement, il constitue donc un ancrage des plaques sur les murs extérieurs ou sur le toit. L'adhésif est de préférence constitué par un mortier de ciment. On l'applique sur les murs extérieurs et on presse les plaques sur le mortier. Dans ce mouvement, le mortier pénètre dans les trous des différentes plaques. En raison du diamètre croissant des trous, il se forme dans ces trous des bouchons de mortier de ciment durci. Les plaques sont accrochées à ce mortier. El- les ne peuvent pas glisser de la couche de mortier parce que, pour cela, leurs trous devraient passer sur les bouchons de mor- tier qui sont également de forme conique. Il s'établit donc un effet de fixation à queue d'aronde entre les trous des plaques et les bouchons de mortier de ciment. Lorsqu'on utilise un mor- tier à prise rapide, les plaques doivent être pressées sur le mortier très peu de temps après l'application de ce dernier et, une fois posées, elles tiennent d'elles-mêmes. Suivant l'invention, chaque plaque est composée d'une plaque-support en mousse de matière plastique isolante de la chaleur et de plots cylindriques qui font saillie sur cette plaque-support et sont disposés en rangées parallèles espacées d'intervalles égaux. Les plots présentent différents diamètres. Les plots d'un même diamètre sont disposés en rangéese-tles rangées de plots d'un même diamètre alternent avec des rangées de plots d'un autre diamètre. Les plots des rangées adjacentes sont disposés en quinconce et les trous sont prévus dans les plots de grand diamètre. La plaque-support en mousse de matiè- re plastique peut être fabriquée en n'importe quelle épaisseur. Elle assure l'isolation thermique désirée et confère à la pla- que la résistance mécanique. Les tubes réalisés en une matière plastique souple et capables de résister au froid peuvent être disposés entre les plots de différents diamètres suivant dif- férents tracés. Ils sont posés en segments rectilignes dirigés alternativement dans un sens et dans l'autre et des coudes réu- nissent ces segments. Les extrémités d'une boucle de tube sont raccordées au circuit primaire d'une pompe à chaleur. Le nom- bre de boucles en lesquelles les tubes sont répartis dépend des 246190C conditions locales. Il s'est révélé avatLageux que le diamètre de chaque trou varie progressivement sur deux segments, le diamètre du trou croissant lus fortement sur a la ongueur du premier segs ment, qui pa.t e!. face,de dessous que sur la longueur du deuxième segment qui se z&code au premier. Le trou est donc divase en deux segments qui présentent des conicites différen- test Le segment: qui débouche anJs la face inférieure a une plus forte conicité,ee L'effet de fixation à queue d'aronde est ici particulièeement accentu"0 Le long du deuxième s-egment, le diamètre de trou croît moins fortemente C'est-aàdire que le volume de ce segment par unité de longueur est faiblee Il en résulte qu'une plus petite quan't-e de mortier de ciment pénèé tre dans ce segment. Ceci a pour effet de rXduire ta consomma- tion de mortier ccSteuxo Un autre effet s'ajoute cette réduc- tion de la conrsomuationo Le mortier a une conduct:ibleté ther- mique supérieure à celle de la mousse de matière plastique qui constitue la plaue iT1 en résulte que l'isolation thermique du bâtiment qui est aPeré par la plaque est réeduite par le mortier ilnfil.tré dans les trouta n ne doit done laisser péné- trer dans les trous quoe la quantité de mortier qui est néces- saire pour fixer les plaques à la surface externe du bâtiment et pour les ancrer dans la couche d'enduit de mortier. Etant donné que cet ancrage est plus fort dans le premier segment des trous, qui est adjacent à la face de dessous de la plaque que dans le reste de la longueur des trous, chaque quantité élémentaire de mortier contribue d'autant moins à cet ancrage qu'elle est située plus profond à l'intérieur du trou, On a constaté qu'il était suffisant que le premier seg- ment, qui sert à l'ancrage, représente environ 10 % de la lon- gueur totale des trous. Il est avantageux de prévoir plusieurs trous dans les plots de grand diamètre. Il est particulièrement judicieux de prévoir cinq trous dont un au centre et les quatre autres ret partis à intervalles de 90 le long d'un cercle centré sur le centre du plot. 246 1900 La formation de trous qui traversent toute la hauteur ou toute l'épaisseur de la plaque facilite la fabrication de cette dernière. Les plaques sont obtenues par formation d'une mousse de polystyrène ou d'une autre matière plastique pouvant être mise sous forme de mousse dans des moules. Les trous tra- versants sont moulés au moyen de noyaurx, la conicité des trous facilite le démoulage. On a indiqué plus haut que le mortier infiltré dans le deuxième segment d'un trou contribue moins à l'ancrage de la plaque et que, par ailleurs, il est préjudiciable aux proprié- tés isolantes thermiques de cette plaque. C'est pourquoi, dans une forme avantageuse de réalisation, les trous sont réalisés sous la forme de trous borgnes. En adoptant des mesures parti- culières, on peut également donner une forme conique à ces trous borgnes. Il s'est révélé avantageux que le diamètre de ces trous borgnes corresponde à une valeur comprise entre en- viron 20 % et environ 60 % d'un plot de grand diamètre. On pré- voit un seul trou borgne de ce type par plot. La plaque suivant l'invention, qui forme écran thermi- que et plaque de retenue, doit isoler le bâtiment aussi complè- tement que possible et s'opposer au rayonnement de chaleur d'u- ne façon aussi totale que possible. Pour atteindre ce but, on donne à la plaque-support une épaisseur relativement forte. Suivant l'invention, l'épaisseur de la plaque-support est d'environ 30 mm ou à peu près égale à la hauteur des plots. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux des- sins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la Fig. 1 est une vue partielle en perspective d'un bâtiment dont les murs extérieurs et le sol environnant sont revêtus de plaques suivant ltinvention; - la Fig. 2 est une vue partielle en perspective d'un mur extérieur et des plaques, tubes, etc...fixés sur ce mur; - la Fig. 3 est une vue partielle en perspective d'une forme de réalisation d'une plaque suivant l'invention; - la Fig. 4 est une coupe longitudinale d'une plaque suivant l'invention montée sur un mur extérieur; - la Fig. 5 est une vue à plus grande échelle montrant l'ancrage de la plaque réalisé au moyen de mortier de ciment, dans la zone désignée par V sur la Fig. 4; - la Fig. 6 est une vue de dessus d'un plot, prise dans le sens de la flèche VI de la Fig. 4; - la Fig. 7 est une coupe analogue à la Fig. 4, qui montre en supplément la fixation de la plaque par vis sur le mur du bâtiment ainsi que la pose d'un panneau de parement; - la Fig. 8 est une coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation de la plaque suivant l'invention; - la Fig. 9 est une vue de dessous de cette plaque, suivant les flèches IX sur la Fig. 8; - la Fig. 10 est une représentation schématique d'un bâtiment et du raccordement au circuit primaire d'une pompe à chaleur. - la Fia. 1 représente l'angle d'un bâtiment, avec deux murs extérieurs dont l'enduit a été partiellement enlevé. On reconnaît sur cette figure les plaques situées sous l'enduit et munies de plots ainsi que les tubes qui s'étendent entre les plots et que le grillage métallique à béton partiellement dénudé. Les détails sont représentés à plus grande échelle sur la Fig. 2. Les plaques 12 comprennent une plaque-support 14 présentant une face de dessous 16 et sur laquelle font saillie des plots 18 de grand diamètre et des plots 20 de petit diamè- tre. Ces plots sont disposés en rangées parallèles entre elles. Les plots 18 de grand diamètre et les plots 20 de petit diamè- tre sont disposés en quinconce. Dans la forme de réalisation représentée, les plots 18 de grand diamètre présentent cinq trous. Ces trous sont respectivement un trou central 22 et qua- tre trous 24 disposés en cercle autour du trou central. Des tuyaux 20 sont encastrés entre les plots 18 et 20. Ces tuyaux forment des tronçons rectilignes 28 reliés par des coudes 30. Les plaques 12 adhèrent aux murs extérieurs 32 du bâtiment sur lequel elles sont collées à l'aide du mortier 34, Ainsi qu'on l'expliquera encore plus loin, ce mortier pénètre dans les trous 22 et 24. Sur les plots 18 et 20 sont posées des nappes de grillage ou treillis métallique 36. Ces nappes de grillage sont maintenues par des vis 38 disposées a un certain écartement mu- tuel. Une couche d'enduit 40 est appliquée sur le grillage 36. Sur les Fig. 3 à 6, on a représenté une plaque 12 avec plus de détails. Ces figures montrent que les trous 22 et 24 comprennent un premier segment 42 de faible longueur et un deuxième segment 44 de plus grande- longueur. La conicité ou l'angle d'ouverture est plus grand pour le premier segment, court, 42,que pour le deuxième segment, long, 44. Comme le mon- tre la Fig. 5 destinée à échelle agrandie, le mortier 34 s'est infiltré dans le premier segment 42 et partiellement dans le deuxième segment 44 et il a fait sa prise dans ces deux seg- ments. Ce mortier forme ainsi un bouchon 46 qui retient la pla- que 12. Dans chaque plot 20 de grand diamètre il se forme cinq bouchons. Ces bouchons assurent une fixation solide de la pla- que 12 sur le mur extérieur 32. Pour obtenir une fixation en- core meilleure de la plaque, on peut visser des vis 48 dans des chevilles 50 enfoncées dans le mur extérieur 32, comme indiqué sur la Fig. 4. Ces vis sont vissées à travers le trou central 22 des plots. Comme indiqué sur la Fig. 7, des nappes de gril- lage 36 ou de t8le déployée sont posées sur les plots. Ces nap- pes sont fixées par les vis 38 vissées dans les trous ou direc- tement dans les plots. Un mortier additionné de matière plasti- que est ancré dans le grillage. A l'aide de ce mortier, on peut fixer des panneaux de parement 52. Sur les Fig. 8 et 9, on a représenté la deuxième forme de réalisation de la plaque 12, qui est munie de trous borgnes 54. Dans cette forme de réalisation, un seul trou borgne 54 est formé dans ou sous chaque plot 18. La Fig. 8 montre dans sa moi- tié supérieure un trou borgne 54 auquel se raccorde un canal d'échappement d'air 56 et, dans sa moitié inférieure un trou borgne 54 dépourvu de canal d'échappement d'air. Il ressort de l'exposé donné ci-dessus que la plaque 12 peut être fixée aux murs extérieurs 32 d'une façon simple. Cette plaque peut également être fixée sur un toit aussi bien à. faible pente qu'à forte pente ou encore simplement sur le sol d'une cour ou équivalente Lorsque les plaques sont posées con- tre le tmur d'une ieison, elles peuvent être revetues de car- reaux ou panneauê: de parent 52, ainsi qu'on!va indiqué plus haut, ou sinplen- c de ma-i&re plastique Lorsque les plaques Sont posées les F térieurs dvune aïaison. elles iso- lent cette e de ilenvironnement d'une façon presque i déale en raison de leurs p nprict&s d'isolation thermique. La valeur de l'isolation est prterminée pla nature de la ma- tière plastique utilsée pour la plaque ainsi -que par l'épais- seur de la plaquessupport 14. Les tuyaux 26 sont disposés en- tre les plots 18 et 200 Ces t1yaux sont parcourus par un li- quide, par exemple par ó%e!1eazu Sur la Fig. 1 , on a représen- té schématiquenent un exemlo d' u..ilisation..s un bament 58, les murs e:térieurs et le toit sont revêtus de plaques sui- vant l'invention et des tuyauyx sont posés entre les Dlo!s de ces plaques. Ces tuyaux sont runis en deux boucles 60 Ces boucles menend au circuit primaire 62 d'une pompe à chaleur 64. Cette pompe élève la temperature de ce liquide et fait cir- culer un agent de t seis n de la chaleur9 par exemple de l'eau dans le circuit secondaIre 56. Ce circuit est raccordé à une installation de chauf_'age central prévue A l'intérieur du bâtiment 58. Il peut également conduire à des apparei!s con- sommateurs d'eau chaude. On peut egalement intercaler un accu- mulateur de chaleur entre le circuit primaire 62 et la pompe à chaleur 64, cette particularité ne faisant pas partie de 1' invention. L'installation suivant l'invention assure donc une double fonction, à savoir d'isoler un bâtiment du rayonnement thermique et celle de créer une surface sur laquelle on peut capter la chaleur de l'environnement. Dans le cas idéal, ceci conduit à réaliser un chauffage du bâtiment qui permet de se dispenser d'un apport de chaleur supplémentaire obtenue par la combustion de mazout, de gaz ou de charbon. -10 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Installation d'isolation thermique et de captage simultanesde l'énergie thermique pour un bâtiment dont les murs extérieurs et éventuellement également le toit sont revêtus d'une matière isolante thermique qui est elle-même habillée d'un matériau de parement, caractérisé en ce que des tuyaux (26) sont posés en méandres (28, 30) sur la matière isolante thermique et sont raccordés au circuit primaire (623 d'une pom- pe à chaleur (64). 2 - Installation suivant la revendication 1, caractéri- seeen ce que la matière thermiquement isolante est composée de plaques distinctes (12) sur la face externe desquelles sont pré- vus des dispositifs servant à tenir les tubes (26). 3 - Installation suivant la revendication 2, caractéri- sée en ce que les plaques (12) et les tubes (26) tenus par ces dernières sont recouvertes d'un grillage en treillis métallique (36) et que cedernier est fixé par des vis et recouvert d'une couche de parement. 4 - Installation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les plaques (12) sont fixées sur les murs extérieurs (32) et le toit au moyen de crochets de scelle- ment ou de chevilles, ou encore par collage. - Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les plaques (12) présentent au moins un trou (22) qui part de leur face de dessous avec un diamètre croissant et dans lequel la matière adhésive (34) appliquée sur le mur extérieur (32) ou sur le toit pénètre en formant un bou- chon (46). 6 - Installation suivant la revendication 5, caracté- risée en ce que les plaques (12) comprennent une plaque-support (14) en mousse de matière plastique isolante de la chaleur et des plots cylindriques (18, 22) qui font saillie sur cette pla- que-support et sont disposés en rangées parallèles et équidis- tantes, les plots étant de diamètres différents, les plots d'un même diamètre étant disposés en rangées et les rangées de plots de diamètres différents alternant entre elles, les plots des rangées adjacentes formant un dessin en quinconce et les trous (22,24) étant ménagés dans les plots de grand diamètre (18). 7 - Installation suivant la revendication 6, caracté- risée en ce que le diamètre de chaque trou (22, 24) varie pro- gressivement le long de chacun de deux segments de la longueur de ce trou, le diamètre croissant plus rapidement le long du premier segment (42) qui part de la face de dessous (16) de la plaque que le long du deuxième segment (44) qui fait suite au premier. 8 - Installation suivant la revendication 7, caracté- risée en ce que le premier segment (42) représente environ % de la longueur totale de chaque trou (22, 24). 9 - Installation suivant ltune-des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que chaque plot présente cinq trous (22, 24) dont l'un (22) est prévu au centre de ce plot tandis que les quatre autres (24) sont décalés à intervalles de 90 le long d'un cercle centré sur le centre du plot. - Installation suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les trous sont des trous borgnes (54). 11 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que l'épaisseur de la plaque-support (14) est à peu près égale à la hauteur des plots (18, 20).