Brevet FR2476723A1 — publié le 19810828

L'invention concerne un toit cupteur d'énergie com- prenant un système de tuyauterie exposé à l'air, agissant en tant qu'échangeur de chaleur, dans lequel circule un agent d'échange de chaleur. Ilot connu de manière générale que l'on peut recourir à des grandes surfaces de toit pour l'obtention d'énergie, en construisant ces surfaces de toit en tant que toit cap- teur ou à absorption d'énergie, afin de rendre utilisable, au moyen d'une pompe à chaleur, l'énergie présente dans le milieu ambiant. La construction de toits capteurs d'énergie de ce type est, après comme avant, liée à de gros problèmes, car de l'eau condensée se forme sur les surfaces d'absorption en dessous de la couverture de toit prévue pour l'écoulement de l'eau. Cette eau de condensation fait rapidement pourrir les matériaux de construction organiques et doit donc être éloignée de ces derniers, Une autre difficulté qui est ren- contrée lors de la construction de toits capteurs d'énergie apparaît pour un toit capteur d'énergie réalisé en tant que toit en tôle, du fait du profilage inévitable, qui est considéré comme inesthétique et qui est souvent rejeté pour des motifs architecturaux. Dans ces solutions de toits en tôle, une importante formation d'eau de condensation est aussi inévitable. Une possibilité de toiture recommandable du point de vue esthétique, qui trouve son utilisation dans l'obtention d'énergie à partir de l'énergie solaire,prévoit la disposi- tion d'un système de tuyauterie sous les tuiles (Demande de Brevet allemand NO 23 09 307). Cette constitution de toit, mettant à profit l'énergie solaire de manière indirecte, n'est pas optimale pour l'utilisation en tant que toit cap- teur d'énergie en liaison avec une pompe à chaleur, du fait de la formation de condensat et du mauvais rendement éner- gétique. Le but de l'invention est de fournir un toit collecteur d'énergie qui constitue une solution de toiture esthétique du point de vue architectural et permette cependant un gain énergétique comparativement élevé à partir de l'atmosphère ambiante, tout en veillant en même temps à ce que la conden- sation se produisant de manière inévitable, lors de l'utili- sation du toit capteur d'énergie en liaison avec une pompe à chaleur,ne porte pas préjudice à la structure de toit cons- truite en matériaux organiques. Ce but est atteint selon l'invention, en partant d'un toit capteur d'énergie du type mentionné au début, grâce au fait que le système de tuyauterie est constitué par des tuyaux disposés, pour l'essentiel, transversalement à la surface du toit, qui sont munis de tôles ou ailettes de convection placées orthogonalement à l'axe du tuyau et qui sont disposés sur une sous-structure, grâce au fait que la couverture de toit assurant l'écoulement de 1 eau est mainte- nue sur le système de tuyauterie, et que le système de tuyau- terie est disposé en dessous de la couverture de toit dans un espace creux parcouru par de l'air. Une telle construction de toit forme un collecteur à air, dans lequel 1 air circulant en dessous de la couverture de toit guidant l'eau balaye le système de tuyauterie et cède sa chaleur à la surface conductrice de la chaleur, agrandie par les ailettes de convection, du système de tuyauterie. Etant donné que la température de l'agent dans le système de tuyauterie est sensiblement inférieure, dans le cas de l'utilisation d'une pompe à chaleur, à la température de 1 air, des quantités d'énergie relativement importantes peu- vent être prélevées de l'air circulant. Quand une irradiation solaire directe existe en même temps, de la chaleur est aussi transmise à l'air circulant à partir de la couverture de toit guidant l'eau, de sorte que le rendement est amélioré. Le système de tuyauterie rempli de l'agent d'échange de chaleur est relié à la couverture de toit guidant l'eau et repose par coopération de forme (par liaison positive) sur la sous- structure. Cette sous-structure peut donc porter une couche imperméable en tant que strate la plus supérieure,sur laquelle le système de tuyauterie n'est disposé qu'en coopération de formes et ne traverse donc en aucun point la couche imperméa- ble. On atteint ainsi que la condensation qui se produit soit guidée vers la gouttière et ne vienne pas au contact des parties organiques de la sous-structure. Selon un autre développement de l'invention, il est prévu que les ailettes de convection ont une forme rectangu- laire et présentent un trou au travers duquel passe lé tuyau pour l'agent d'échange de chaleur, et dans la zone duquel le 2476'23 tuyau est relié de manière conductrice de la chaleur avec les ailettes de convection.Les ailettes de convection sont, dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, fixées au tuyau avec un espacement latéral C'environ 10 mm à 25 mm. Les ailettes de convection rectangulaires fournissent la possibilité de disposer le système de tuyauterie sur un lattis, ce lattis pouvant être constitué de lattes de toit tradition- nelles ou de saillies en forme de lattes ménagées sur des 1o éléments d'isolation thermique disposés sur la sous-structure. La forme rectangulaire des ailettes de convection, qui sont fixées au tuyau l'une à cOté de l'autre avec un intervalle latéral relativement petit, fournit la possibilité de la disposition de tuiles de toit directement sur le système de tuyauterie, les nez des tuiles de toit s'accrochant chacun par coopération de forme sur les ailettes de convection rec- tangulaires. Etant 3onné qu'une charge relativement importante résulte du poids propre du système de tuyauterie et des tuiles de toit disposées directement sur celui-ci en coopération de forme, la nécessité de la fixation à la structure du toit au travers de l'isolation ou de la couche imperméable, disparaît, de sorte qD'il est assuré que les éléments d'isolation thermique ou la couche imperméable sur la sous-structure ne sont pas transpercés par des éléments de fixation. Pour empêcher un enfoncement des ailettes de convection dans les éléments d'isolation thermique, il est prévu selon un autre développement de l'invention, que soit disposée une plaque d'équilibrage de pression ou un profilé d'équilibrage de pression entre le système de tuyauterie présentant les ailettes de convection et disposé sur une sous-toiture fermée, et la sous-toiture elle-même. Cette plaque d'équilibrage de pression ou profilé d'équilibrage de pression peut être fixé ou attaché aux arêtes frontales des ailettes de convection, et il consiste avantageusement en une bande de matériau pliée qui s'étend avantageusement sur toute la longueur du système de tuyauterie sur une largeur correspondant à la longueur d'arête des ailettes de convec-Eion. La partie pliée ou coudée de la bande de matériau a avantageusement la hauteur d'une latte de toit ou d'une saillie en forme de latte, derrière laquelle le système de tuyauterie est disposé en coopération de forme. Pour assurer une circulation d'air suffisante, des tuiles d'aération ou des plaques d'aération sont avantageu- sement installées dans la zone inférieure du toit du cOté de la gouttière. Pour ménager une fente d'aération dans la zone du farte du toit, il est prévu selon un autre développe- ment de l'invention, de disposer dans la zone du faite, un matériau ondulé dans lequel les lignes de sommet sur les faces inférieure et supérieure sont reliées au moyen d'un matériau en plaque et de conformer une barrette d'accrochage dans le matériau en plaque. Pour empécher la construction de nids d'oiseaux ou la pénétration de petits animaux, il est aussi prévu que la sur- face d'entrée des fentes d'aération soit munie d'un grillage. Selon un autre développement de l'invention, -il est aussi prévu que les ailettes de convection soient constituées d'une bande de tôle ondulée au travers de laquelle le tuyau pour l'agent d'échange de chaleur est introduit transversa- lement. Les bandes de tOle ondulée peuvent coopérer par liaison positive avec des évidements-correspondants de la sous- structure ou des éléments d'isolation thermique du sous-toit. Lorsque l'on pratique une cavité en forme de rainure dans l'élément d'isolation thermique, il est aussi-prévu que soit associée une bande d'équilibrage de pression à la bande de tOle ondulée, qui s'étend de sommet à sommet et repose par coopération de forme sur le sous-toit. Pour l'aération du volume creux parcouru par l'air en dessous de la couverture de toit, il est en outre prévu que l'entrée de l'air se fasse par des tuiles d'aération ou des fentes d'aération réparties régulièrement ou par endroits sur la surface du toit. Les avantages et les caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit d'exemples de réali- - sation, en liaison avec le dessin annexé, dans lequel - la figure 1 représente une coupe d'un toit capteur d'énergie selon l'invention; - la figure 2 représente une coupe d'une autre forme de réalisation de toit capteur d'énergie selon l'invention; - la figure 3 représente une coupe du toit représenté à la figure 1, dans la zone du faite; - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1; - la figure 5 est une coupe d'un élément d'aération; - la figure 6 est une coupe selcn la ligne VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une coupe d'une autre forme de réali- sation de toit selon l'invention; et - la figure 8 est une coupe d'un tuyau d'absorption pour lequel l'ailette de convection consiste en une bande de tôle ondulée. La figure 1 représente un toit capteur d'énergie dans lequel des lattes 11 de toit sont disposées sur des chevrons 10 et o sont placés des éléments 12 d'isolation thermique, Chaque élément 12 d'isolation thermique unitaire se trouve dans une feuille formant auget 13, chaque feuille formant auget et chaque élément d'isolation thermique se recouvrant l'un l'autre respectivement du faite jusqu'à la gouttière et formant une couche imperméable. Les éléments 12 d'isolation thermique portent sur leur face supérieure des saillies 14-en forme de lattes, derrière lesquelles sont disposés des tuyaux d'absorption 15. Les tuyaux d'absorption se trouvent en coopération de forme avec les saillies en forme de lattes et ils consistent en un tuyau 16 présentant une multiplicité d'ailettes de convection 17 qui lui sont fixées. Les ailettes de convection ont une forme rectangulaire et sont fixées au, tuyau 16 de manière conductrice de la chaleur, par exemple par brasage, avec un intervalle entre ailettes avantageusement égal à environ 10 mm. Grâce à la forme rectangulaire, les tuiles de toit peuvent être direc- tement accrochées au tuyau d'absorption, grâce à quoi on obtient une couverture de toit pour le guidage ou évacuation de l'eau. Les ailettes de convection ont des dimensions qui assurent un guidage parfait de l'air entre les éléments d'isolation thermique et les tuiles 20. On obtient ainsi un collecteur à air dans lequel la masse d'air circulant en dessous des tuiles cède son énergie calorifique aux tuyaux 15 de collecteur et à l'agent d'échange de chaleur qui y circule. Dans une forme de réalisation préférée des tuyaux d'absorption, le tuyau 16 a un diamètre compris entre 10 et 12 mm et porte des ailettes 6 2476723 de convection 17 de 100 mm sur 120 mm avec un intervalle entre ailettes de 10 mm. Les tuyaux d'absorption 15 ont avec les tuiles 20, un poids élevé suffisant pour assurer la charge de toit qui est nécessaire pour la sécurité en cas de tempête et la sécurité en ce qui concerne la succion provoquée par le vent. De ce fait, on peut se passer d'une liaison des tuyaux d'absorption à la structure du toit et ces tuyaux d'ab- sorption peuvent être disposés en coopération de forme sur les éléments d'isolation thermique. On supprime ainsi la perforation des éléments d'isolation thermique et la possi- bilité que l'eau de condensation se formant sur les tuyaux d'absorption pénètre dans la sous-structure du toit en passant au travers des éléments d'isolation thermique. Les dimensions des ailettes de convection peuvent être différentes et elles sont choisies de manière à ce que soit assuré un guidage d'air abondant en dessous des tuiles de toit ou de la couverture de toit pour l'écoulement et l'évacuation de l'eau.Pour le guidage de l'air, une multiplicité de tuiles d'aération d'air, non représentées à la figure 1, peuvent être prévues le long de la gouttière; elles assurent l'entrée ou la sortie de l'air. Les tuiles d'aération sont réparties sur le toit de manière qu'en résulte un trajet d'air optimum pour l'échange de chaleur nécessaire. La figure 2 représente une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'isolation thermique 21 est disposée entre les chevrons 10. Sur les faces extérieures des chevrons 10 est prévue une couche de dosses 22 sur lesquelles des lattes 23 sont fixées à une distance les unes des autres qui correspond à l'intervalle entre les tuyaux 15 d'absorption devant être disposés, et à la grandeur des plaques de toit 25. Une feuille 26 est étendue sur les dosses 22 et les lattes 23 en tant que couche imperméable qui assure une évacuation de l'eau de condensation vers la gouttière. Les ailettes de convection 17 des tuyaux d'absorption 15 sont munies sur la face inférieure d'une bande 28 de bord pliée à angle droit, qui s'étend sensiblement sur toute la longueur de l'intervalle entre ailettes. Gr9ce à ces bandes de bord, on obtient un appui surfacique important, de sorte qu'est évitée une dété- rioration de la feuille 26. A la place des bandes de bord recourbées, on peut aussi disposer un profil en L non repré- senté en dessous des tuyaux d'absorption, dont une branche recouvre toute la largeur de pose de l'ailette de convection et dont l'autre branche, perpendiculaire à la première, repose sur la surface supérieure des lattes 23. Les plaques 25 ser- vant de couverture de toit pour l'évacuation de l'eau peuvent être comparativement légères et sont fixées au tuyau 15 d'absorption au moyen d'étriers de fixation 30. Malgré l'uti- lisation de plaques légères, il est possible d'obtenir en association avec les tuyaux d'absorption une charge de toit suffisamment importante pour la sécurité contre la tempête, de sorte qu'aucune fixation n'est nécessaire des tuyaux d'absorption à la structure de toit qui passerait au travers de la couche imperméable 26. La figure 3 représente une coupe de la zone du faite d'un toit qui est muni de fentes d'aération ou d'éléments 31 d'aération s'étendant sur toute la longueur du farte. Ces éléments d'aération peuvent, comme le montrent les figures et 6, être constitués d'une bande de tôle ondulée 32 recou- verte sur le dessus et sur le dessous de tôle plane 33, 34. Pour pouvoir accrocher l'élément d'aération entre deux tuiles 38 et 39, la bande de tôle 34 inférieure est munie d'un pli en saillie 35 grâce auquel l'élément d'aération peut etre accroché à la tuile 39 se trouvant en dessous. Un élément d'aération de ce type présent le long de l'ensemble du faite est dimensionné en ce qui concerne sa section en correspondance du débit d'air optimum. Dans le cas de cette constitution, le faîte est, de manière courante, fermé au moyen d'une tuile faîtière 40 habituelle. Il est cependant aussi possible de ménager la fente d'aération dans la zone du faite en utilisant des tuiles faîtières fixées sur des entretoises et en dessous desquelles la couverture en tuile est supportée à une distance telle que le passage d'aération nécessaire est ménagé. L'él6ment d'aération représenté aux figures 5 et 6 peut être équipé d'un grillage 42 sur son ouverture d'entrée anté- rieure, pour empêcher la construction de nids d'oiseaux. A la place d'un tel grillage, on peut tendre simplement,à une distance adaptée les uns des autres, des fils disposés le long de l'ouverture d'entrée, qui sont soudés par point à la tôle ondulée. L'appui des tuyaux d'absorption sur les lattes 23 ou 8 2476723 les saillies 14 en forme de lattes des éléments d'isolation thermique fournit entre autres l'avantage que les tuyaux d'absorption sont soutenus sur toute leur longueur et ne peuvent donc pas pendre ou s'incurver. Il est possible de cette manière de réaliser les tuyaux d'absorption sous forme de longues barres qui sont relativement faciles à disposer, les éléments de raccordement correspondants pouvant être reliés au moyen de coudes disponibles en tant que fabrication en série. La structure décrite ci-dessus pour un toit capteur d'énergie met à profit les avantages, maintenant bien connus, d'un collecteur à air et peut être utilisé de manière optimale dans le cas d'un toit en tuiles ou d'un toit recouvert de plaques,' l'isolation thermique pouvant être assurée au moyen d'éléments éprouvés depuis longtemps; la sécurité contre la pénétration d'eau condensée dans la strucutre du toit est assurée. La figure 7 représente une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle est utilisée,en tant que tuyau d'absorption 50, une structure qui est représentée en coupe à la figure 8. Le tuyau 51 guidant l'agent d'échange de chaleur est ici introduit transversalement au travers d'une bande de tôle ondulée 52,agissant en tant qu'ailette de con- vection, à laquelle sont liées, sur le côté -supérieur et sur le côté inférieur, des bandes d'équilibrage de pression 53 et 54. Ces bandes d'équilibrage de pression vont de sommet en sommet de la bande de tôle ondulée et servent aussi bien à la stabilisation de la structure qu'à la pose régulière, d'une part, du tuyau d'absorption sur son support et, d'autre part, de la couverture de toit sur le tuyau d'absorption. Dans la couverture de toit en tuiles plates 55 repré- sentée à la figure 7, les nez s'accrochent derrière la bande 53 supérieure d'égalisation de pression du tube d'absorption 50. Le tube d'absorption 50, de son côté, est disposé dans des cavités 56 ménagées sur la surface supérieure des éléments 57 d'isolation thermique. Les éléments d'isolation thermique sont maintenus, de manière connue, au moyen de lattes sur la structure de toit. Afin d'assurer une entrée de l'air dans l'espace creux présent en dessous de la couverture de toit, des éléments d'espacement 58 de forme angulaire sont accrochés sur les tuiles sur lesquelles repose la tuile à chaque fois la plus éloignée du faite. De cette manière, on peut obtenir une entrée d'air régulière sur une zone de la surface du toit relativement importante, ce qui assure une aération suffi- sante au toit capteur d'énergie servant de collecteur à air. L'utilisation d'une bande de tôle ondulée en tant qu'ai- lette de convection fournit aussi la possibilité de prévoir la couverture de toit au moyen d'une plaque ondulée plate, la bande d'équilibrage de pression 53 pouvant être omise sur la surface supérieure du tuyau d'absorption 50. La fixation de la plaque ondulée peut être assurée au moyen de cavaliers de fixation, comme cela est représenté à la figure 2. Dans cette forme de réalisation de couverture de toit avec des plaques ondulées, un élément d'espacement peut être aussi disposé dans la zone du cavalier de fixation, respectivement entre les plaques ondulées, afin d'assurer une aération du volume creux présent en dessous de la;couverture de toit. REVENDICATIONS 1. Toit capteur d'énergie comprenant un système de tuyauterie balayé par l'air, agissant en tant qu'échangeur de chaleur et dans lequel circule un agent d'échange de chaleur, caractérisé en ce que: - le système de tuyauterie est constitué par des tuyaux d'absorption (15) disposés transversalement ou perpendiculai- rement à la surface de toit, qui sont munis d'ailettes de convexion (17) disposées orthogona1lement aux axes des tuyaux, et qui sont appliqués par coopération de forme sur une sous- structure; - la couverture de toit assurant l'écoulement de l'eau est maintenue au système de tuyauterie, et - le système de tuyauterie est disposé en dessous de la couverture de toit dans un espace creux dans lequel circule l'air. 2. Toit capteur d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes de convection (17) ont une forme rectangulaire et présentent un trou au travers duquel passe le tuyau (16) pour l'agent d'échange de chaleur, et dans la zone duquel le tuyau est relié à l'ailette de-convection de manière conductrice de la chaleur. 3. Toit capteur d'énergie selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'intervalle latéral séparant les ailettes de convection (17) a une valeur d'environ 10 à 30 mm. 4. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les-ailettes de convection, pour un diamètre de tuyau d'environ 80 mm à 150 mm, ont des dimensions comprises environ entre 80 mm x 100 mm et mm x 200 mm. 5. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de tuyauterie, avec les ailettes de convection (17) est disposé sur un lattis (23) qui peut être aussi constitué par des saillies (14) en forme de lattes présentes sur les éléments (12) d'isolation thermique. 6. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications l'à 5, caractérisé en ce que la couverture de toit consiste en des tuiles qui sont accrochées aux ailettes il 2476723 de convection par leur nez. 7. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couverture de toit consiste en des plaques surfaciques de grandes dimen- sions qui sont fixées au tuyau (16) ou aux ailettes de convection (17). 8. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une plaque ou un profilé d'équilibrage de pression est prévu entre le système de tuyauterie disposé avec les ailettes de convection sur un sous-toit fermé, et le sous-toit lui-même. 9. Toit capteur d'énergie selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque ou profilé d'équilibrage de pression est fixé sur les bords frontaux des ailettes de convection. 10. Toit capteur d'énergie selon la revendication 8, caractérisé en ce que les plaques d'équilibrage de pression sont constituées par des bandes de matériau coudé sur au moins une arête des ailettes de convection. 11. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, dans la zone du faite, pour former une fente d'aération, un matériau ondulé (32) est prévu dans lequel les lignes de sommet sur les faces inférieures et supérieures sont reliées au moyen d'un matériau en plaque (33, 34) et en ce qu'une barrette d'accrochage ou un pli en saillie est ménagé dans le matériau en plaque. 12. Toit capteur d'énergie selon la revendication 11, caractérisé en ce que la surface d'entrée de la fente d'aération est équipée d'un grillage. 13. Toit capteur d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une bande de tôle ondulée (52) en tant qu'ailette deconvection, que traverse transversalement le tuyau (51) pour l'agent d'échange de chaleur. 14. Toit capteur d'énergie selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'à la bande de tôle ondulée (52) est associée une bande (53, 54) d'équilibrage de pression qui va de sommet en sommet et qui repose en coopération de forme sur le sous-toit. 15. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'entrée d'air se fait par des tuiles d'aération ou des fentes d'aération qui sont réparties sur la surface du toit,soit régulièrementsoit par endroits. 16. Toit capteur d'énergie selon la revendication caractérisé en ce que les fentes d'aération sont ménagées -au moyen d'éléments d'écartement introduits entre les élé- ments indépendants de la couverture du toit. 17. Toit capteur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les plaques ou profilés d'équilibrage de pression sont munis de saillies qui coopèrent avec des cavités du sous-toit ou des éléments d'isolation thermique, pour la disposition du système de tuyauterie.