Brevet FR2499614A3 — publié le 19820813

FR 2499614 A3 19820813 FR 8102409 A 19810206 L'objet de la présente invention est un élément de paroi solaire du type surface collectrice plane. Les capteurs plans communément existants sur le marché sont fabriques en usine et supportés sur une toiture ou une façade, où on leur donne l'inclinaison et l'angulation adéquates vis-à-vis de la position moyenne du soleil. Ils doivent donc être légers, de dimensions manipulables par un ou deux hommes. ils sont en conséquence le plus souvent isolés par des substances organiques expansées, le cadre lui-même étant soit métallique (en général en métal léger), soit en matière plastique armée de fibres minérales, le vitrage souvent en panneaux plastiques transparents, voire en films plastiques. Ces avantages incontestables des plastiques sont contrebalancés par des inconvénients non négligeables, compromettant en particulier la durée de vie des collecteurs ainsi réalisés. Les composés de la chimie organique sont en effet par essence, du fait de la présence majoritaire du carbone et de ses composés hydrogénés, relativement instables aux agents physiques tels que température, rayonnements (U.V. ou visibles) aux contraintes mécaniques, aux agents biologiques (rongeurs, mousses, etc.) et chimiques (ozone, oxydes d'azote, acides divers présents dans les atmosphères industrielles). Similairement les métaux les plus couramment employés sont sujets A l'oxydation, a la corrosion chimique malgré les traitements de surface ou les peintures couramment employés. La construction de l'élément de paroi solaire de la présente invention, par contre, évite dans une large mesure les désavantages susmentionnés, et elle apporte des avantages sur le plan économique et esthétique. En effet, l'emploi de matières organiques, dégradables par les agents physiques, atmosphériques ou biologiques a été réduit au maximum, les méthodes de montage en usage dans les bAtiments industriels ont été adoptées, une exploitation maximale des surfaces exposées au sud par les plaques opaques noires est assurée et enfin une conception esthétique facilite la pénétration de la technologie des capteurs solaires dans l'environnement. Ces avantages sont obtenus grâce A la construction mécanique particulière de l'élément, au choix sélectif des matériaux utilisés, et à l'application intégrée de l'élément dans les bâtiments. Selon l'invention, l'élément de paroi solaire est caractérisé par la combinaison de mesures et dispositions suivantes - un rideau isolant formé de plaques de largeur standard et de lon gueur et d'épaisseur imposées par la géométrie du bâtiment et la nature de I'isolant ; - des bandes supports des verres profilés et des bandes d'isolation périphériques, misesen oeuvre sur le site de la construction - des plaques captatrices solaires, de préférence de couleur noire, montées avec la tuyauterie de circuit caloporteur sans isolation dans lespace vide entre les bandes ; et - des profilés de verre esthétiques disposés au-dessus des plaques captatrices et la tuyauterie, supportés uniquement à leurs extré- mités et collés entre eux et A leurs supports l'ensemble de ces éléments étant monté directement comme mur ou toiture du bâtiment. Les isolants sont des silicates expansés armés soit d'acier soit de fibres minérales, autoportants et travaillables comme le bois. Une réalisation préférée est l'emploi d'un béton cellulaire sous forme de plaques préfabriquées pour assurer une cohésion entre plaques par effet tenon-mortaise. Les vitrages sont des profilés de verre standard étanchés les uns aux autres et avec l'isolant, par des mastics siliconés. Ces matériaux sont éminemments inertes chimiquement, insensibles aux agents biologiques, aux agents physiques. Les surfaces absorbantes seules, protégées contre l'environnement agressif par l'isolant et le verre, sont conservées ndtalliques en raison des bonnes propriétés de transmission thermique des métaux. Les dimensions des composants minéraux utilisés ne sont imposées que par leurs caractéristiques mécaniques propres et les caractéristiques des appuis supports du génie civil. D'autres avantages de l'isolant minéral expansé sont son indéformabilité sous la charge de la surface noire opaque, son aptitude se prêter A la fixation par vis de ladite surface noire, la facilité avec laquelle il se laisse travailler (machines a bois, etc.). Sa porosité et sa prise d'eau qui nuisent aux propriétés isolantes et qui le désavantagent vis- -vis de certaines matières plastiques sont palliées par une perte aussi rapide de cette humidité en fonction du temps extérieur. Des traitements par des peintures respirantes la vapeur d'eau et étanches 9 l'eau écartent cet inconvénient. Pour assurer un bon rendement des capteurs existants, le matelas isolant arrière remonte sur les côtés de la plaque noire parcourue par le liquide réchauffer. En effet, chaque capteur constitue une unité autonome et est isolé sur tous ses côtés. Cette isolation assure en outre, en général, le soutien mécanique et l'étanchéité de la vitre transparente. En raison de la nature de la couverture de verre qui ne nécessite que des supports aux extrémités des profils, tout l'espace initialement nécessaire l'isolation entre les plaques noires peut être récupéré pour les resserrer et augmenter la surface utile. L'assemblage des panneaux commerciaux est réalisé en usine et le placement sur la toiture ou sur un mur nécessite soit une structure support spéciale, soit l'adaptation la couverture traditionnelle (substitution) du toit. Un autre avantage des éléments de paroi solaire selon l'invention réside dans le montage de l'isolant directement sur le site en lieu et place du mur, ou de la toiture, montage industriel et rapide puisque les grandes plaques préfabriquées en usine sont montées gracie a une pince spéciale standard par la grue de chantier. Cette dernière monte similairement les plaques noires en position qui sont simplement vissées à leur place sur l'isolant minéral. Quand la surface d'isolant destinée au chauffage solaire est équipée, les isolations latérales sont collées sur le site sur la périphérie de la surface et sur les bandes de raccords ou de support nécessitées par les longueurs standards des verres profilés. Un autre avantage des isolations latérales en composants minéraux réside dans la quasi-suppression des bris de verre par dilatation différentielle, quel que soit le système de fixation adopté pour le verre : les coefficients de dilatation linéaire verre-béton léger sont du même ordre de grandeur, ce qui permet même d'encastrer les profilés A l'intérieur du pourtour isolant avec des jeux raisonnables. Les verres profilés sont également montés par la grue du chantier et fixés par des pattes de soutien adéquates sur les bandes de raccord, avant d'être collées entre elles et au pourtour isolant, pour assurer l'étanchéité l'eau de la serre ainsi constituée. Ces profilés de verre assurent par-là l'étanchéité de la toiture. Leur dimension (largeur étroite et longueur d'au moins 2 m) et leur positionnement parallèlement a la ligne de plus grande penteassurentunaspect esthétique a la surface ainsi traitée, évitant l'aspect de fenêtres juxtaposées offert par les surfaces captatrices commerciales actuelles. Les profilés utilisés sont fabriqués en un verre aussi exempt de sels de fer que possible, pour mieux laisser passer la lumière (un grain de 22,55 est obtenu pour une épaisseur de 6 mm), mais qui peut être de moindre qualité avec inclusions de bulles d'air éventuelles (une qualité étirée suffit, un "float-glass" n'est pas nécessaire). En effet, le verre ainsi obtenu sera également moins réfléchissant. Les profilés de verre présentent en général un état de surface différent, l'un étant lisse (côté creux), l'autre étant rugueux (côté en relief) : les profilés suivant l'invention présenteront leur face la plus lisse vers le soleil (un gain de 1,3% en épaisseur de 6 mm, de 3% en épaisseur de 8 mm est ainsi assuré). La hauteur des ailettes suivant l'invention est aussi réduite que possible pour éviter les effets d'ombre portée, et juste dimensionnée pour la distance entre appuis. La distance des ailettes à la surface captatrice est aussi réduite que possible pour éviter les effets d'ombre portée, et A cet égard on préférera les ailettes tournées vers le collecteur aux ailettes tournées vers le soleil (suivant 11 inclinaison du soleil, la perte en énergie captée peut aller jusqu'A 67%). La description suivante permettra de mieux comprendre les détails et avantages de l'objet de l'invention, en faisant refe- rence aux figures 1 A 5, en annexe, qui montrent la figure 1, une coupe longitudinale A travers l'élément de paroi solaire suivant l'-invention (chauffage d'un liquide), la figure 2, une coupe horizontale à travers l'élément de paroi solaire (sans profilés de verre), la figure 3, une vue en perspective sur deux éléments de paroi solaire, formant une partie d'un toit, la figure 4, une coupe longitudinale a travers un élément de paroi solaire pour chauffage de l'air, et la figure 5, une coupe horizontale à travers l'élément de la figure 4. Suivant les figures 1 à 3, le toit d'un bâtiment industriel a structure métallique est composé de fermes 1 distantes d'une longueur L. Sur les fermes de la toiture sont posées horizontalement des plaques 2 de largeur standard, de longueur L et d'épaisseur fonction de la distance entre appuis L. Ces plaques sont fixées a la structure par les attaches 3 fournies par le constructeur des plaques isolantes. Les dernières plaques horizontales sont découpées à la largeur 1 que requiert la géométrie de la toiture. Les bandes d'isolation périphériques 4 et les bandes supports 5 des verres profilés 6 en forme de U sont collées, ou agrafées ou vissées sur la surface isolante selon le procédé s'adaptant le mieux b l'isolant choisi qui se travaille comme le bois. Les bandes supports inférieurs de profilés sont munies des saignées 7 permettant l'écoulement de l'eau de condensation d'une part, la respiration de la serre, d'autre part. Une peinture respirante est appliquée sur ces saignées et a l'endroit où ces saignées se poseront sur le mur isolant, avant la fixation des bandes 4 et 5. Après fixation des bandes 4 et 5 la partie externe E de l'isolant sera recouverte de deux couches de peinture respirante de couleur sombre permettant une étanchéité d l'eau, mais également l'échappement de la vapeur d'eau éventuellement condensée A l'intérieur de l'isolant 2. La tuyauterie de caloporteur 8 (plaques noires) est posée dans les espaces entre les plaques 2 et les profilés de verre 6. Lesdites plaques sont placées aussi près l'une de l'autre que possible, la distance n'étant limitée que par la place prise par les raccords entre plaques et les fixations des plaques. Incidemment, toute la tuyauterie peut se placer dans l'espace situé entre le mur isolant et les profilés de verre, et participer à la captation A l'intérieur de la serre. Les profilés de verre 6 sont placés sur les bandes périphériques 4 ou 5, et maintenus sur lesdites bandes par des attaches métalliques 9 et 10 de résistance au vent : les jeux de ces attaches sont tels que les dilatations différentielles entre verres et attaches sont sans conséquence sur le verre. Les profilés de verre du fait de la présence de la surface collectrice à eau 8 sont placés ailettes vers le haut, ce qui permet - de maintenir la distance (de 28 mm) entre verre et collecteur opti mal pour les fuites thermiques (compromis entre fuites par convec tion et fuites par conduction) indépendamment de la géométrie des profils ; - de réduire les effets d'éblouissement dus A la réflexion sur la face lisse. Cette dernière est en effet placée face au soleil pour une meilleure absorption de lumière directe. Les ailettes réduisent l'angle où l'éblouissement est possible - de réduire les risques de pénétration d'eau (les verres dépassent les isolants latéraux et sont raccordés A la toiture environnante par des profilés de zinc ou d'aluminium 11) - une excellente esthétique. Le montage des verres est différent dans le cas où la serre est destinée au chauffage de l'air. En effet, les profilés de verre en U sont cette fois dirigés vers le toit créant des canaux d'échange thermique. Les figures 4 et 5 permettent de définir les différences avec le montage précédent. Il s'agit donc d'un ensemble identique mais sans tuyauterie à caloporteur liquide, la serre servant de mur du type Trombe, et étant ainsi parcourue par de l'air. Les orifices pour la convection naturelle sont alors réalisés simplement par la suppression a distances régulières d'éléments standards de l'isolation en partie basse et en partie haute de toiture. Les profilés sont supportés sur toute leur longueur. Ils sont posés entre les bandes périphériques 4 ou 5 et sur les plaques isolantes auto-portantes 2, ailettes vers le bas posant sur les plaques isolantes sur toute la longueur d'arête. Ceci permet - de simplifier les problèmes de tenue au vent des profilés (qui ne dépassent plus) et de simplifier entre autres les attaches 9 - de simplifier les raccords d'étanchéité, puisque les ailettes ne dépassent pas des bandes et que le même masticage au caoutchouc silicone entre profilés et bandes est applicable comme entre pro filés eux-mêmes - de réduire le nombre de bandes transversales puisque les profilés peuvent être plus longs dans la mesure ot ils reposent sur toute leur longueur et ne sont plus seulement en appui a leurs extrémités cela augmente la surface utile exposée au soleil - de maintenir une excellente esthétique. REVEND I CAT IONS 1. Elément de paroi solaire pour bâtiments, caractérisé par la combinaison de mesures et dispositions suivantes - un rideau isolant formé de plaques (2) de largeur standard, de lon geur et d'épaisseur imposées par la géométrie du bâtiment et la nature de l'isolant ; - des bandes supports (5) des verres profilés (6) et des bandes d'iso lation périphériques (4), misesen oeuvre sur le site de la construc tion ; et - des profilés de verre esthétiques disposés au-dessus de plaques, ceux-ci formant avec ces plaques et les bandes les espaces capteurs solaires ; l'ensemble de ces éléments étant monté successivement comme mur ou toiture du bâtiment. 2. Elément de paroi solaire, suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les profilés de verre (6) ont la-forme d'un U, montés avec les ailettes vers le haut ou vers le bas.