Brevet FR2468078A1 — publié le 19810430

Il est connu, notamment par le brevet n 7602703 au nom de Jean sUIM- BAL intitulé "chauffage solaire à accumulation", d'utiliser le sol en place lui même comme matériau susceptible de s'échauffer l'été et de se refroidir l'hiver, et par là de fonctionner en accumulateur de chaleur. Pendant la période où on envoie de la chaleur, il y a réchauffement simultané de la Ofle de stockage et de celle qui l'entoure, et le calcul montre qu'après un ou deux cycles, si le volume de la première est suffisant, la chaleur qui est ainsi prélevée par la seconde ne constitue pas une proportion exagérée de la chaleur fournie totale. Cette proportion décroît d'ailleurs d'année en année, et on peut dire que le rendement de l'accumulateur croit. Quant au systeme capable d'apporter ainsi ou de prélever de la chaleur à un volume de sol en place, il consiste généralement en un grand nombre de forages régulièrement répartis dans le volume envisagé. On envoie le liquide qui véhicule les calories au fond de chaque forage par un petit tube, et il remonte le long des parois du forage ou du tube qui le garnit intérieurement en échangeant sa chaleur dans un sens ou dans l'autre avec le sol avoisinant. L'inconvénient de cette technique est double : d'une part la nécessité de prévoir un accumulateur de grande dimension oblige à faire des projets qui intéressent de nombreux logements et que par conséquent il est difficile de faire accepter, ensuite les opérations de forage sont coûteuses et en particulier exigent beaucoup d'énergie. Suivant l'invention, le phénomène fondamental utilisé pour l'accumulation de la chaleur n'est plus l'échauffement d'un volume de sol qui est le siège des échanges thermiques, mais bien celui de la zone située sous une couche plane qui se trouve le siège de cet échange thermique. Autrement dit, l'organe essentiel de l'accumulateur est constitué par une ou plusieurs nappes de tubes disposées à une profondeur relativement faible en-dessous de la surface du sol (1 à 3 m par exemple alors qu'il est habituel de prévoir des forages de 20 à 30 m) et parcourues par le fluide qui véhicule la chaleur qu'il s'agit de stocker ou de déstocker.A ce moment, si la surface du sol est suffisamment calorifugée pour que toute la chaleur ne s'échappe pas par elle, le stockage provoque, d'une part le réchauffement de la couche située entre les nappes de tubes et au-dessus de ces tubes et, d'autre part, celui des couches de terrain situées en-dessous. Pendant le déstockage, la couche superficielle et s'il y a plusieurs nappes, les couches intermédiaires, se refroidissent toutes entières un peu comme le volume de sol habituel, tandis que les couches situées en-dessous renvoient leur chaleur vers le haut introduisant ainsi un phénomene nouveau, non pas par son existence, mais par le fait qu'au lieu de constituer un simple appoint, il devient prépondérant. Suivait i'inventicl;, craque nappe de tabes, est enrobée de béton de manie à doiiner W ",ei1,eur coefficient d'échange thermique avec le sol. Suivant .'ilivention, avant son recouvrement, la nappe de tubes eS; entourée par un mur calorifuge réalisé par exemple en béton à intégration d'air et incorporation de parcelles de plastique expansé, et qui monte jusqu'au niveau du sol. Ce mur est bâti sur une fondation profonde réalisée avec le même matériau de manière à donner une bonne protection contre les déperditions de chaleur par les côtés.Dans la mesure où cette protection est efficace, les lois de l'échauffement et du refroidissement du bloc de terrain concerné par l'accumulation ne dépendent plus de la mesure de la surface de l'accumulateur et par conséquent deux accumulateurs dont l'un serait identique à une moitié de l'autre et mettrait en jeu des apports et des prélèvements de chaleur moitié moind verraient leur température évoluer de la même façon. Le système suivant l'invention se prête donc à l'équipement d'ensembles immobiliers plus petits que les systèmes habituels.Il ne faut toutefois pas aller trop loin dans la voie de la miniaturisation parce que, du fait qu'il est difficile de donner à la tranchée périphérique plus de 3 à 4 m de profondeur, il y a quand même déperdition de chaleur par-dessous le calorifuge périphérique et, si les dimensions deviennent trop petites, cette déperdition prend une valeur relative inacceptable. Suivant l'invention, on réalise le calorifugeage de la surface jusqu'au mur périphérique comme ce mur lui même, c'est à dire par coulée de béton à intégration d'air et de plastique expansé. Il est intéressant d'augmenter l'épaisseur de la couche de terrain située au-dessus de la nappe de tubes ou entre les nappes de tubes, mais il faut pour cela augmenter proportionnellement le volume de terrassement. suivant une variante de l'invention, on obtient le même résultat en creusant dans toute l'aire utilisée des tranchées régulièrement espacées dans lesquelles, principalement près du fond, on dispose les tubes qui servent aux échanges thermiques. Suivant l'invention, pour que les zones d'échanges thermiques soient réparties le mieux possible, on dispose les tubes le long des flancs et du fond des tranchées. Suivant l'invention, on coule du béton dans les tranchées de manière à activer les échanges thermiques entre les tubes et le sol mais, pour économiser le béton, on peut faire en sorte qu'il n'y en ait que là où sont disposés les tubes, c'est à dire au fond et le long des parois. Suivant l'invention, on utilise le terrain où se trouve l'accumulateur pour y placer les capteurs. Ces derniers sont surélevés de manière que le terrain puisse être utilisé comme entrepôt, parking ou terrain de jeu. Suivant l'invention, le terrain est ainsi couvert de longues lignes horizontales parallèles constituées de capteurs à miroirs cylindro-paraboliques disposés bout à bout, ces lignes étant orientées Est-Ouest, de telle manière que la mise en direction du soleil suivant l'heure du jour et suivant la saison puisse se faire par rotationautour de l'axe longitudinal. Suivant l'invention, chaque capteur possède une épine dorsale constituée par un tube dont le diamètre est relativement grand et l'épaisseur relativement faible, de manière que, pour un poids modéré, il puisse présenter une grande rigidité à la fois à la flexion et à la torsion, -la rigidité à la flexion permettant d'assurer la précision géométrique pour une longueur assez grande et la tenue au vent, tandis que la rigidité à la torsion permet de commander le mouvement d'une ligne relativement longue sans introduire d'écarts d'orientation excessifs dus aux déformations en torsion. Suivant l'invention, le mouvement de rotation est obtenu par rouletent des tubes dans des cages de galets disposés de manière à les emprisonner. Suivant l'invention, le tube qui constitue l'épine dorsale de chaque capteur est terminé par des plaques qui peuvent se boulonner les unes aux autre pour associer les éléments bout à bout en lignes longues comme il a été dit plus haut. Ces plaques se prolongent jusqu'au foyer de la parabole où elles portent le tube absorbant et celui-ci est terminé à chaque extrémité par une bride, de manière à autoriser son raccordement aux tubes des éléments voisins. les tubes absorbants sont protégés contre les intempéries et le vent par le tube transparent habituel. Suivant l'invention, l'épine dorsale de chaque capteur recoit des membrures régulièrement espacées dont l'arête du côté opposé au tube est en forme de parabole et dont les extrémités de chaque côté sont réunies par une bande dent la largeur est perpendiculaire à la parabole, de manière que 1 'en- semble forme un berceau sur lequel vient reposer la couche réfléchissante. Suivant l'invention, la feuille réfléchissante est serrée par des bandes élastiques, elles mêmes boulonnées sur les bandes latérales du berceau, l'élasticité permettant d'exercer un effort modéré qui vient plaquer la feuille réfléchissante sur le berceau, et permettant un montage ainsi qu'un démontage rapide. Les figures 1, 2 et 3 représentent à titre non limitatif un exemple de chaufferie solaire réalisée suivant l'invention. La figure 1 représente la vue en coupe qui fait apparaître les tranchées parallèles 1 où se trouvent les tubes d'échange thermique 2 maintenus par le remplissage en béton 3. L'ensemble est entouré par le mur calorifuge 4 recouvert d'une couche également calorifuge 5. Au-dessus se trouvent les lignes de capteurs 6 portées par les poutrelles 7. La figure 2 représente une vue en coupe d'un capteur. Le tube épine dorsale 8 porte les membrures 9 en forme de parabole qui reçoivent la feuille réfléchissante 10. Le tube roule sur les galets 11 portés par les poutrelles 7. Les plaques terminales 12 portent le tube absorbant 13 entouré du tube transparent de protection 14. La figure 3 représente l'extrémité des membrures 9 et fait appa reître les courtes équerres 15 qui portent la bande latérale 16 sur laquelle est vissée la lame élastique 17 qui serre la feuille réfléchissante 10 REVENDICATIONS 1 - Chaufferie solaire à accumulation dans le sol caractérisée en ce aue le stockage de la chaleur se fait en grande partie dans les terrains situés endessous d'une zone d'échange thermique constituée par une ou plusieurs nappes de tubes noyés dans le sol, ces terrains renvoyant la chaleur vers le haut pendant la période de déstockage. 2 - Perfectionnement suivant revendication 1 qui consiste en ce que les tubes qui réalisent l'échange thermique sont noyés dans du béton qui, grâce à son bon coefficient de conduction améliore le contact thermique avec le sol. 3 - Perfectionnemet suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 qui consiste en ce que la zone où se trouvent les tubes est entourée par un mur constitué de matériaurcalorifuges qui rend acceptables les déperditions de chaleur par les côtés. 4 - Perfectionnement suivant revendication 3 qui consiste en ce que le mur descend en-dessous de la zone où se trouvent les tubes, pour améliorer la pro- tection contre les déperditions latérales de chaleur. 5 - Perfectionnement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 qui consiste en ce que le calorifugeage de la surface est constitué par coulée sur le chantier de béton à intégration d'air et de plastique expansé. 6 - Perfectionnement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 qui consiste en ce que les tubes par où se fait l'échange thermique sont concentrés dans les parties basses de tranchées régulièrement espacées creusées dans le terrain. 7 - Perfectionnement suivant revendication 6 qui consiste en ce que les parties des tranchées où se trouvent les tubes sont remplies de béton qui améliore le contact thermique avec le sol. 8 - Perfectionnement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 qui consiste en ce que la zone où se trouve l'accumulateur est surmontée de lignes de capteurs à miroirs cylindro-paraboliques disposés bout à bout et commandés en rotation par une ou les deux extrémités. 9 - Perfectionnement suivant revendication 8 qui consiste en ce que les capteurs ont une épine dorsale tubulaire sur laquelle sont montées des mer,brures dont l'arête du côté opposé à cette épine dorsale est en forme de parabole, la dite épine dorsale apportant une bonne rigidité à la flexion et à la torsion et permettant le montage bout à bout par des brides boulonnées. 10 - Perfectionnement suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9 aui consiste en ce que le mouvement d'orientation s'effectue par roulement des tubes sur des cages de galets. 11 - Perfectionnement suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10 qui consiste en ce que la feuille réfléchissante est plaquée sur le berceau constitué par les traverses grace à des lames élastiques boulonnées sur des bandes longitudinales qui réunissent les extrémités des traverses.