Brevet FR2483582A1 — publié le 19811204

L'invention concerne la réalisation de disposi- tifs capteurs de l'énergie solaire, utilisables dans l'in- dustrie de la construction, notamment en toiture-des bâ- timents. L'énergie solaire captée par de tels dispositifs est en général transmise sous forme thermique, par un véhi- cule caloporteur, à des appareils qui l'utilisent, par exem- ple pour le chauffage des locaux. Les dispositifs capteurs sont conçus pour être installés en surface des parties des bâtiments le mieux exposées au soleil. La toiture des bâ- timents constitue de ce point de vue une surface privilégiée, qui peut être facilement orientée transversalement au rayon- nement solaire prédominant dans un lieu détermine. Des dispositifs capteurs d'énergie solaire com- portent de manière connue une plaque absorbant le rayonnement solaire et, sur l'extérieur, une paroi transparente qui laisse parvenir le rayonnement solaire jusqu'à la plaque absorbante en assurant un effet de serre dans l'espace qui la sépare de cette plaque. L'aspect offert par ce genre de dispositifs capteurs à l'observateur humain est étroitement lié à celui de la plaque absorbante. Or, celle-ci présente essentiellement une surface noire, ou tout au mQins très foncée, difficilement acceptable du point de vue esthétique et ne permettant guère de variations sans nuire considérable- ment à l'efficacité d'absorption vis-à-vis du rayonnement solaire. Introduire des variations d'aspect en agissant sur la paroi transparente n'est en pratique pas plus possible car cette paroi doit avant tout être choisie pour sa trans- parence et pour sa résistance aux agents atmosphériques. *L'invention permet de résoudre ces difficultés grâce à l'emploi d'un constituant intermédiaire, qui donne au dispositif capteur un aspect esthétique sans diminuer sensiblement l'efficacité d'absorption du rayonnement. Elle permet par exemple de réaliser des dispositifs capteurs offrant à l'observateur un aspect de la couleur des briques, des tuiles ou d'ardoises, s'intégrant aisément dans une couverture en matériaux traditionnels, sans interférer avec le choix des matériaux les mieux adaptés à la réalisation 2 2483582 de la plaque absorbante et de la paroi transparente. Dans ce but, l'invention propose un procédé pour la réalisation de capteurs solaires dans la construc- tion de bâtiments, caractérisé en ce qu'il consiste essen- tiellement à disposer une plaque absorbante pour le rayon- nement solaire transversalement par rapport au rayonnement utile à capter et en situation d'échange thermique avec un caloporteur, à recouvrir la plaque d'une paroi protectrice extérieure transparente, et à interposer entre la plaque absorbante et la face de ladite paroi exposée à l'extérieur, une structure alvéolée offrant en direction du rayonnement utile une majeure partie de surface de vides jusqu'à la plaque absorbante, et dans une direction d'incidence ra- sante des parois opaques cachant pratiquement la plaque absorbante. L'invention a de même pour objet un dispositif capteur solaire pour la construction, notament pour la réalisation de toitures, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque absorbante pour le rayonnement solaire, une paroi protectrice extérieure transparente, et une structure alvéolée interposée entre la plaque absorbante et la face extérieure de ladite paroi, ladite structure offrant dans une direction normale à la plaque une majeure partie de surface de vides jusqu'à la plaque absorbante, et dans une direction peu inclinée sur cette plaque des parois opaques la cachant pratiquement. La structure alvéolée peut être disposée dans un espace d'air entre la plaque absorbante et la paroi exté- rieure. Elle peut aussi être noyée dans le matériau même de cette paroi transparente. La paroi transparente peut avantageusement être constituée par un élément de construc- tion de même forme qu'un élément de construction tradition- nel, un élément de toiture tel qu'une tuile par cxomple, mais en matériau transparent, ou par plusieurs de tels élé- ments assemblés. Ces éléments de paroi laissent librement passer le rayonnement solaire, qui pénètre ainsi dans le dispositif capteur en traversant les vides do la structure alvéolée pour atteindre la plaque absorbante. 3 2483582 L'invention convient d'une manière particulière- ment avantageuse à la réalisation de toitures de bâtiments, sur des plans inclinés, encore que les mêmes dispositifs peuvent aussi être utilisés sur d'autres surfaces sans abandonner les avantages de l'invention, par exemple en hauteur sur des murs même verticaux. Dans un cas comme dans l'autre, le dispositif n'est normalement pas vu dans la direction du soleil. A des observateurs normaux, par exemple des gens marchant à terre autour du bâtiment, il montre une face visible des parois opaques de la structure alvéo- lée, qui est avantageusement réalisée pour présenter un aspect décoratif. Une coloration analogue à celle des maté- riaux traditionnels, celle des tuiles ou celle des ardoises par exemple, permet d'obtenir globalement un aspect de couverture traditionnelle en donnant à l'élément transpa- rent du dispositif la forme correspondante. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, la structure alvéolée peut être constituée par une feuille de métal déployé, c'est-à-dire une feuille métallique dans laquelle on a pratiqué des fentes parallèles en quinconce et que l'on a étirée dans une direction trans- versale par rapport aux fentes.pour écarter les côtés des fentes et former ainsi les alvéoles. Cette forme de réali- sation n'est cependant nullement limitative et dans d'autres cas, on préfère utiliser par exemple un réseau de nid d'a- beilles. D'autres particularités de l'invention apparaî- tront dans la description donnée ci-après de modes de réa- lisation particuliers du dispositif capteur d'énergie so- laire suivant l'invention. Cette description se réfère aux figures 1 à 4 des dessins annexés dans lesquelles la figure 1 représente le dispositif dans un pre- mier mode de réalisation, utilisé dans une toiture de tuiles; la figure 2 en représente une coupe verticale schématique; la figure 3 illustre un détail de la figure 1 à échelle agrandie; et 4 2483582 la figure 4 représente schématiquement, en coupe, un autre mode de réalisation du dispositif, en variante de la figure 2. Dans les modes de réalisation décrits et représen- tés en exemples, le dispositif capteur d'énergie sol-aire est constitué de manière à simuler des tuiles traditionnelles. A cet effet, les éléments extérieurs ont la forme de ces tuiles traditionnelles, mais ils sont réalisés en un maté- riau transparent. Il s'agit donc de tuiles transparentes 1, ici en verre, qui sont montées de la manière habituelle sur des liteaux 2 horizontaux, supportés par des chevrons 3. Toutefois, avant de mettre en place les tuiles transparentes sur la toiture des figures 1 et 2, on a dis- posé entre les liteaux, sur toute la surface disponible dans le plan de la toiture, des plaques 4 de matériau ab- sorbant pour le rayonnement solaire. Ces plaques sont planes et continues sous plusieurs tuiles adjacentes. Elles supportent une feuille de métal déployé 5, disposée également sur toute l'étendue entre les liteaux 2, comme le montre la figure 3, le métal déployé forme un réseau de bandes métalliques dont on observera qu'elles se pla- cent principalement dans des directions normales au plan général du toit (c'est-à-dire celui de la plaque 4) ou dans des directions légèrement inclinées sur la normale, avec toutefois des effets de torsion sur chaque tronçon entre deux noeuds adjacents du réseau, qui sont suscepti- bles de créer des turbulences lorsqu'il circule de l'air à leur voisinage. La feuille 5 se trouve ainsi enfermée, dans la toiture terminée, dans l'enceinte comprise entre la plaque absorbante 4 et les tuiles transparentes 1. Dans la direc- tion perpendiculaire à la toiture, les larges vides qu'elle comporte laissent librement pénétrer les rayons solaires jusqu'à la surface de la plaque absorbante 4. Les bandes métalliques limitant les mailles vides sont vues par la tranche dans cette direction et l'absorption qu'elles in- troduisent est minime. Par contre, un observateur.regardant la toiture sous une forte inclinaison voit essentiellement l'une des faces des bandes, visible dans cette direction, 2483582 et pour une incidence presque rasante, ces bandes sont suf- fisamment hautes pour cacher presque complètement la plaque absorbante à l'observateur. La feuille 5 pourrait en fait être remplacée par toute autre structure alvéolée équivalente, formant un filet ou réseau lamellaire dont les mailles seraient limitées par un ruban présentant une section minimale en direction des rayons solaires et une section maximale en direction d'un observateur situé au sol. Mais la feuille de métal déployé constitue une solution simple et peu coûteuse, dont en outre on a pu vérifier expérimentalement qu'elle donnait toute satisfaction pour le but recherché. En pratique, les tuiles du genre décrit sont utilisées pour couvrir des toits d'inclinaison de l'ordre de 30 à 50 degrés. Le toit équipé de capteurs solaires est orienté pour que le soleil utile le frappe suivant la nor- male ou dans une direction peu inclinée sur la normale (flèches A sur les figures). Mais les observateurs regardant le toit le voient normalement sous une inclinaison beau- coup plus forte (flèches B sur les figures). Les bandes métalliques de la feuille 5 ont par exemple une largeur (en hauteur sur la plaque 4) de l'ordre de 2 à 10 mm pour un diamètre de mailles d'environ 2 cm. Pour donner à la structure de métal déployé, telle qu'elle est vue par l'observateur, une coloration agréable, voisine de celle de la brique, on réalise par exemple cette structure à partir d'une feuille de cuivre, traitée thermiquement pour y créer une couche superficielle d'oxyde de cuivre rouge. Dans l'utilisation qui en est faite selon l'invention, une telle structure a l'avantage de bien conduire la chaleur et de ne pas être réfléchissante. N'étant pas visible, la plaque absorbante peut être réalisée de toutes manières connues. En général, on utilise une plaque métallique portant un revêtement noir sur la face orientée vers le soleil. Le transfert de la chaleur s'effectue également de manière connue à partir de&cette plaque. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le caloporteur est constitué par de l'air circulant dans 6 2483582 l'espace entre les tuiles transparentes et la plaque ab- sorbante, qui est recueilli comme air de chauffage pour utilisation dans les locaux du bâtiment. La présence de la feuille de métal déployé 5 y crée une turbulence avan- tageuse. Elle permet un transfert thermique efficace par le fait que la feuille 5 est repliée sur les bords, vers la plaque 4, pour être écartée de cette dernière sur la surface utile, d'une distance qui peut être par exemple de l'ordre du centimètre au plus si l'on préfère faire suivre à la feuille 5 le profil de chaque tuile 1. Dans le mode de réalisation de la figure 4, on a schématiquement représenté des conduites 6, en contact thermique avec la plaque 5, contre la face opposée de cell-e-ci, sous la toiture. Dans ce cas, on a trouvé plus avantageux de remplacer la feuille de métal déployé par une structure en nid d'abeilles 7, appliquée contre la plaque 5, du côté face à la tuile. La structure 7, en alu- minium par exemple, peut avoir par exemple une dizaine de millimètres d'épaisseur et comporter des alvéoles, orien- tées normalement au toit, de 8 à 10 mm de diamètre. Elle crée un matelas d'air immobile qui maintient la plaque 5 chaude par rapport à l'air extérieur. En variante des réalisations représentées, la structure alvéolée, au lieu d'être disposée dans l'espace entre tuile et plaque absorbante, peut être noyée dans la tuile transparente, réalisée alors par exemple en matière plastique moulée. Il peut s'agir par exemple de métal dé- ployé réalisé à partir d'une feuille d'aluminium revêtue d'alumine par traitement électrolytique et présentant alors une coloration brune. D'autres formes de tuiles peuvent aussi être réa- lisées *d'une manière analogue à ce qui a été illustré pour des tuiles plates. Dans des tuiles rondes par exemple, la structure de métal déployé peut être courbée suivant la forme de la tuile, ou rester plane et parallèle à la plaque absorbante. Mais les variantes de réalisation du dispositif selon l'invention peuvent s'écarter sensiblement plus des cas particuliers décrits. Ainsi notamment, les tuiles trans- parentes élémentaires peuvent être remplacées par des pan- 7 2483582 neaux de protection transparents couvrant la surface de plusieurs tuiles, ou au contraire la plaque absorbante et la structure de métal déployé peuvent couvrir seulement la surface d'une tuile et être fixés à la tuile à la fabrica- tion, l'ensemble constituant ainsi un élément de toiture pour réaliser des capteurs solaires par assemblage des éléments individuels. Toutes ces variantes et les autres dispositions techniques équivalentes restent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation de capteurs so- laires dans la construction de bâtiments, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à disposer une plaque absorbante (4) pour le rayonnement solaire transversale- ment par rapport au rayonnement utile à capter et en situa- tion d'échange thermique avec un caloporteur, à recouvrir la plaque (4) d'une paroi protectrice extérieure transpa- rente (1), et à interposer entre la plaque absorbante (4) et la face de ladite paroi exposée à l'extérieur, une struc- ture alvéolée (5) offrant en direction du rayonnement utile une majeure partie de surface de vides jusqu'à la plaque absorbante, et dans une direction d'incidence rasante des parois opaques cachant pratiquement la plaque absorbante. 2. Dispositif capteur solaire pour la construction, notamment pour la réalisation de toitures, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque absorbante (4) pour le rayonne- ment solaire, une paroi protectrice extérieure transparente (1), et une structure alvéolée (5) interposée entre la plaque absorbante et la face'extérieure de ladite paroi, ladite structure offrant dans une direction normale à la plaque une majeure partie de surface de vides jusqu'à la plaque absorbante, et dans une direction peu inclinée sur cette plaque des parois opaques la cachant pratiquement. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure alvéolée est en métal déployé. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la structure alvéolée est supportée paral- lèlement à la plaque absorbante dans un espace d'air recou- vert par la paroi transparente. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la structure alvéolée est noyée dans la paroi absorbante. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce qu la paroi transparente présente la forme d'éléments de toiture traditionnels. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une face visible des parois de la structure al- véolée est de coloration correspondant à celle desdits éléments traditionnels. 8. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la structure alvéolée est une feuille de métal déployé écartée de la plaque absorbante et en ce qu'il comporte des moyens pour recueillir de l'air circu- lant entre la plaque absorbante et la paroi transparente et chauffé au contact de la plaque absorbante. 9. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la structure alvéolée, notamment en nid d'abeilles, est apposée contre la plaque absorbante sur la face de celle-ci en regard de la paroi transparente et en ce qu'il comporte des moyens de circulation d'un caloporteur en contact thermique avec l'autre face de la plaque absorbante. 10. Toiture de bâtiment réalisée par assemblage de dispositifs selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 de sorte que leurs plaques absorbantes soient en situation d'échange thermique avec un fluide caloporteur.