Brevet FR2469673A1 — publié le 19810522

La présente invention, due à la collaboration de M. Xavier FRANCOIS, Directeur de l'Usine de Mardyck de la Société demanderesse, concerne des capteurs d'énergie solaire, réalisés sous forme de panneaux et en particulier sous forme de panneaux pouvant être utilisés comme éléments de construction. On connaft des capteurs d'énergie solaire constitués par des caissons calorifugés recouverts à leur partie supérieure par une paroi vitrée et contenant une plaque absorbante sous laquelle sont disposés des conduits de circulation d'un fluide caloporteur. La pla que absorbante est de préférence peinte en noir pour obtenir une meilleure absorption. Le fluide caloporteur qui circule dans les conduits est réchauffé par transmission de la chaleur de la plaque vers les tu bes et est collecté pour être en général transmis à un échangeur. Ces caissons sont le plus souvent disposés en batteries sur le sol ou sur une toiture et leur position, en orientation et en inclinaison est choisie pour obtenir une efficacité maximale. C'est ainsi qu'en France, l'orientation choisie sera une orientation Sud, l'inclinaison optimale étant de l'ordre de 450 Lorsque le panneau ou caisson est ainsi installé sur une toiture, il ne constitue pas un élé ment de cette dernière de sorte qu'en dehors du coût plus élevé que représente la duplication des éléments de couverture et de l'élément capteur, il résulte également de cette disposition une baisse de ren dement, non pas au niveau de la récupération de énergie solaire mais d'une façon plus globale si l'on considère le bilan thermique de l'ensemble du b timent, puisqu'on multiplie les interfaces entre zones chaudes et zones froides et que le matériau isolant incorporé au}: caissons ne Joue aucun rôle pour l'isolation de la toiture et de la partie du briment immédiatement sous-Jacente. Un autre inconvénient des caissons connus résulte du fait que dans une batterie de caissons adjacents, la liaison entre deux éléments juxtaposés est réalisée uniquement au niveau des circuits de fluide caloporteurs par exemple au moyen de raccords flexibles, alors que cette liaison n'existe pas au niveau des structures des caissons. Aucune étanchéité n'existe par conséquent entre deux caissons adjacents , ce qui n'est d'ailleurs pas indispensable dans la conception classique puisque les caissons capteurs ne Jouent aucun rôle d'élément de construction ou de couverture. Le but de cette invention est de réaliser un panneau servant simultanément d'élément de construction et de capteur d'énergie solaire, qui se prête à une fabrication industrialisée et dont le montage soit particulièrement simple, cet objectif principal étant assorti comme cela apparaftra lors de la description qui va suivre, d'avantages secondaires non négligeables. A cet effet; l'invention a pour objet un élément de construction formant capteur d'énergie solaire, du type comprenant un support, un réseau de tubes dans lequel circule un fluide caloporteur, et une paroi transparente de couverture, caractérisé en ce que le support comprend un panneau nervuré de type " sandwich " formé de deux tôles de parement métalliques séparées par une âme en matériau isolant, au moins certains des tubes étant disposés le long de nervures de la t81e de parement supérieure, la paroi transparente de couverture étant formée de panneaux supportés par des pièces intercalaires fixées sur les sommets des nervures de la tôle de parement supérieure. Suivant d'autres caractéristiques - les pièces intercalaires comportent le long de leurs faces latérales des rainures dans lesquelles sont reçus les bords des panneaux transparents de couverture, ces rainures comportant une partie qui débouche librement à leur extrémité inférieure et à leur extrémité supérieure et qui est destinée à recevoir un premier panneau transparent, et une deuxième partie disposée à leur extrémité supérieure, et comportant un épaulement assurant la butée et le maintien d'un panneau transparent qui chevauche en partie le panneau transparent précité. - il est prévu des organes de maintien des tubes par rapport à la tôle de parement supérieure, ces organes de maintien étant de préférence montés de façon à pouvoir se déplacer sur une certaine distance, perpendiculairement à ladite tale de maintien. - les organes de maintien des tubes sont eux-mêmes retenus latéralement en position par des étriers fixés sur la tôle de parement supérieure. L'invention va être décrite de façon plus détaillée ci dessous en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel - la Fig. 1 est une vue en perspective et en coupe avec certaines parties arrachées, d'un élément de construction suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue partielle en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; - la Fig. 3 est une vue en élévation latérale montrant les pièces intercalaires de support des panneaux transparents de couverture; - la Fig. 4 est une vue en coupe montrant l'agencement en rive d'un élément de construction suivant l'invention - la Fig. 5 est une vue analogue à celle de la Fig. 4 d'un élément suivant l'invention au voisinage du fafte d'une construc tion et - la Fig. 6 est une vue de détail d'une variante de tube caloporteur. On voit sur le dessin une partie d'une couverture de bâtiment réalisée à l'aide d'éléments suivant l'invention. Ces éléments sont réalisés en utilisant un panneau composite P de type " sandwich " formé d'une tôle de parement supérieure nervurée 1 et d'une tôle de parement intérieure également nervurée 2, séparées par une âme en matériau isolant 3. Un tel panneau peut être par exemple du type commercialisé sous la marque ONDATHERM 101, de la Société des Laminoirs de Strasbourg. Dans l'exemple choisi, les nervures 4 de la tôle inférieure sont de faible amplitude, alors que la tôle de parement supérieure comporte des nervures principales 5 sensiblement plus hautes que des nervures secondaires 6 disposées entre ces nervures principales.Ces diverses nervures ont dans l'ensemble une forme de trapèze isocèle mais il est clair que drautres formes pourraient également être envisagées sans sortir pour autant du cadre de cette invention. Ce panneau de support est complété par un réseau de tubes 10 en cuivre ou matériau analogue, pouvant le cas échéant comporter des ailettes et dans lesquels circule un fluide caloporteur qui peut. être par exemple soit de l'eau contenant un anti-gel soit un Fréon. A leurs parties supérieure et inférieure, les tubes sont réliés respectivement à un collecteur 11 d'alimentation en fluide caloporteur et a un collecteur 12 d'évacuation de ce même nuide (Fig. 4 et 5). Le panneau est complété par des éléments longitudinaux 20 destinés à être fixés sur les sommets des nervures prin a b cipaux, par exemple au moyen de tiges filetées 20- et d'écrous 20- > et qui servent de support pour des panneaux transparents 30 de couverture. Ces panneaux transparents peuvent être réalisés en verre trempé ou en une substance synthétique convenable telle que du métacrymate, l'essentiel étant que ce matériau résiste à la fois aux chocs mécaniques et thermiques auxquels il peut être soumis. Les élément s longitudinaux 20 comportent sur leurs faces latérales des rainures dont on aperçoit clairement la forme sur la Fig. 3. Une partie principale 21 de cette rainure s'étend sur toute la longueur de l'élement et débouche aux deux extrémités inférieure et supérieure de ce dernier, de façon à recevoir un premier panneau de couverture 30.Cette rainure principale est complétée à la partie supérieure de l'élément considéré en position d'utilisation, par une feuillure ou une rainure secondaire 22 qui délimite un épaulement 23 et est destinée à recevoir et à servir de butée pour un panneau de couverture 31 venant en recouvrement par rapport au panneau 30 précité. On réalise ainsi de façon particulièrement simple le montage étanche des panneaux transparents successifs. Bien entendu, des garnitures d'étanchéité peuvent par ailleurs être prévues pour améliorer si besoin est l'étanchéité entre les panneaux ainsi qu'entre ces panneaux et leurs supports. Ces derniers peuvent être réalisés en tronçons ou coupés à longueur de façon à éviter les joints. Au niveau d'au moins certains des points de fixation des éléments longitudinaux 20 sur la tôle de parement supérieure, sont disposés des étriers 40 que l'on aperçoit mieux à la Fig. 2 et qui font saillie de part et d'autre de la nervure sur laquelle ils sont fixés. En rivea ces étriers sont simples et s'étendent seulement sur un côté de la nervure. Ils assurent le maintien latéral d'organes 41 de retenue des tubes qui sont transparents et présentent le long de leur bord inférieur 42 un profil adapté pour assurer le maintien des tubes. Ces mêmes organes de retenue ont le long de leurs bords laté raux 43 une forme complémentaire de celle des nervures principales 5 et ils ont une hauteur telle qu'un Jeu suffisant subsiste entre leur bord supérieur 44 et le panneau transparent 30 adjacent.De la sorte, les dilatations des tubes de ces éléments de maintien peuvent être absorbées sans coincement ni apparition de contrainte susceptible de déformer ou d'endommager le panneau ou ses constituants. Les organes de retenue 41 peuvent également être constitués par un simple cadre métallique ou en matière plastique présentant une forme analogue à celle représentée au dessin. De préférence, les collecteurs 11, 12 sont incorporés aux panneaux de façon à participer au captage de l'énergie solaire. C'est ainsi qu'au niveau de la partie inférieure d'un panneau suivant l'invention, utilisé comme élément de couverture d'un bâtiment (Fig. 4), il est prévu un élément de rive 50 constitué par une enveloppe métallique 51 garnie d'un matériau isolant 52 et délimitant un logement 53 pour le tube collecteur 12. Cet élément 50 est fixé par exemple par une tôle métallique 54 au parement inférieur -2 du panneau " sandvvich " adJacent et il est également relié au parement supérieur 1 de ce panneau par l'intermédiaire des éléments 20 de support des panneaux transparents 30. Un tel élément de rive peut servir de support à une gouttière 55. De même, à la partie supérieure de la toiture puisque c' est cette application qui a été illustrée, il est prévu un élément fat'tirer 60 constitué par une enveloppe métallique 61 convenablement profilée et contenant un matériau isolant 62. Des organes d'étanchéité tels que 63 sont par ailleurs prévus pour recouvrir et assembler ces éléments de faite et les panneaux adjacents. D'une façon générale, ces techniques de raccordement et d'étanchéité entre panneaux adjacents sont parfaitement classiques dans l'utilisation de panneaux " sandwich " nervurés tels que ceux utilisés suivant l'invention. Il est donc inutile de décrire dans le dé- tail leurs diverses réalisations. Les avantages procurés par un panneau suivant l'invention sont principalement les suivants - le même panneau assure simultanément les fonctions d'un élément de construction ou de couverture, par exemple pour la réalisation d'un mur rideau ou d'une toiture, et dlun capteur d'énergie solaire.Cet élément de construction participe également à l'isolation du bâtiment auquel il est incorporé ; - il est constitué par un certain nombre d'éléments métalliques, en matière plastique ou en verre, qui peuvent être aisément assemblés et permettent donc une construction modulaire ou au contraire personnalisée - le rendement thermique global est finalement amélioré, même si l'orientation et l'inclinaison du panneau ne correspondent pas aux normes idéales en ce qui concerne la fonction de captage de l'énergie solaire, étant donné la réduction du nombre des interfaces et l'intégration des différentes fonctions indiquées précédemment de plus, le contact entre les tubes contenant le fluide coloporteur, et la tôle adjacente est amélioré par la présence des nervures.A titre a de variante, on peut d'ailleurs prévoir des tubes 10- de section oblongue ou aplatie, calés dans l'intervalle entre deux nervures adjacentes (Fig. 69; - il est possible de réaliser tout ou partie d'une toiture ou d'un mur latéral, ce qui outre la simplicité de construction offre un avantage particulier sur le plan de l'esthétique; - le panneau " sandwich " nervuré et les éléments longitudinaux de support des panneaux transparents constituent des éléments résistants sur lesquels il est possible le cas échéant de marcher. A cet égard, on peut prévoir que les éléments de support 20 portent à intervalles réguliers des crochets 24 (Fig. 1) sur lesquels peuvent être fixés des planches ou éléments analogues transversaux permettant de circuler sur la toiture; - la conception des éléments de support des panneaux transparents et des organes de retenue des tubes autorise la libre dilatation des différents composants du panneau. - REVENDICATIONS 1 - Elément de construction formant capteur d'énergie solaire, comprenant un support, des tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur et une paroi transparente de couverture, caractérisé en ce que le support comprend un panneau nervuré (P) de type " sandwich" formé de deux tôles métalliques (1, 2) séparées par une âme (3) en matériau isolant, au moins certains des tubes (10) étant disposés le long de nervures de la tôle supérieure (1), la paroi transparente de couverture (30) étant formée de panneaux supportés par des pièces intercalaires (20) fixés sur les sommets d'au moins certaines nervures de la tôle supérieure. 2 - Elément de construction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces intercalaires (20) comportent le long de leurs faces latérales des rainures (21, 22) dans lesquelles sont reçus les bords des panneaux transparents de couverture (30), 3 - Elément de construction suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites rainures (21) débouchent librement aux extrémités inférieure et supérieure des éléments de support considérés en position d'utilisation et comportent, au voisinage de cette extrémité supérieure une partie élargie (22) pouvant recevoir deux panneaux transparents et délimitant un épaulement (23) servant de butée pour celui de ces deux panneaux qui se trouve situé le plus haut. 4 - Elément de construction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu des organes (41) de maintien des tubes par rapport à la tole de parement supérieure, ces organes de maintien étant de préférence montés de fa çon à pouvoir se déplacer sur une certaine distance, perpendiculairement à ladite tôle de maintien. 5 - Elément de construction suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les organes de maintien sont transparents ou constitués par un cadre. 6 - Elément de construction suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les organes de maintien ont un bord inférieur (42) conformé de façon à assurer le maintien des tubes des côtés (43) qui sont guidés le long des ailes des nervures (5) de la tôle supérieure. 7 - Elémént de construction suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les organes (41) de maintien des tubes sont eux-mêmes retenus latéralement en position par des étriers (40) fixés sur la tôle de parement supérieure. 8 - Elément de construction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est complété par des éléments de rive et/ou de fafte (50, 60) pourvus de moyens de raccor- dement étanches sur les éléments adjacents. 9 - Elément de construction suivant la revendication 8, ca caractérisé en ce que les éléments de rive ou de fafte comportent un logement pour un collecteur d'alimentation ou d'évacuation relié aux tubes (10) contenant le fluide caloporteur.