Brevet FR2522790A1 — publié le 19830909

DESCRIPTION L'invention concerne un module de batiment industriel, artisanal ou commercial, comprenant l'ossature, la couverture, l'isolation thermique et la ventilation. Cette structure, par sa forme et son orientation, permet de récupérer l'énergie solaire sur une partie de son enveloppe et de bénéficier de l'effet de rayonnement nocturne sur l'autre partie.Ceci sans ajouter d'éléments étrangers à ses différentes fonctions d'ossature, de couverture* d'isolation et de ventilation, et en utilisant uniquement des matériaux usuels dans le bâtiment et l'industrie sans spécificité dans le cadre de la récupération des énergies naturelles. Les systèmes industriels actuels de récupération de ces énergies adjoignent des dispositifs supplémentaires aux bâtiments traditionnels ou utilisent des matériaux complexes et chers spécialement conclus pour cette récupération. Ces diverses solutions augmentent évidemment le coût de la construction et limitent encore aujourd'hui le nombre de réalisations de bâtiments économisant l'ténor gie dans l'industrie le commerce et l'artisannat. Le module de bâtiment selon l'invention, éliminant par principe ce genre de solutions, limite au minium le "surcoût" de l'investissement hécessaire à la r écupération de l'énergie. En effet, on utilise le réchauffement par le soleil ou le refroidissement par rayonnement nocturne de la couche d'air qui existe entre la toiture et l'isolation thermique, toutes deux de types traditionnels. On utilise également l'effet de serre direct des ouvertures transparentes donnant de la lumière. Les seules concessions supplémentaires par rapport à une construction classique concernent l'orientation, la forme et la régulation de la ventilation de ce module de bâtiment. L'orientation de la race récupérant l'énergic solaire se ruera approxima- tivement au S.S-O. Cette face fera avec l'horizontale un angle d'environ GOO, favorisant ainsi la récupération de l'énergie solaire durant la période froide (oc tobre à avril). La iace orientée au N.N-E fera avec l'horizontale un angle de 25 environ privilégiant ainsi le rayonnement nocturne de la toiture vers le ciel durant la pé riode chaude. La régulation de la ventilation se fera en utilisant une partie ilu débit du ventilateur de renouvellement d'air du volume intérieur au nodule. La planche 1/4 annexée décrit le fonctionnement et l'agencement d'une structure modulaire de base occupant une surface au sol de 5m x II et destinée à des locaux occupés en usage continu. 0: structure porteuse :ferme bois de type à "ame pleine" en contreplaqué, dont les arbalétriers sont inclinés à 60 et 25' environ pour les raisons r > ention- nées plus haut. Ce type d'ossature permet une grande économie de matériaux pour des portées allant jusqu'à 20 m. Mais elle peut également être réalisée en bois lamellé collé, en profilé acier type IPN ou en béton armé. En O', le tirant re liant les deux arbalétriers peut etre utilisé conme élément porteur d'un plancher haut (petits bureaux, stocks légers). La liaison entre les fermes sera assuree par des pannes traditionnelles. I9: plancher bas en béton armé : sert aussi de liaison et de fondation à l'os sature tout en accumulant et diffusant de façon continue l'énergie récupérez. 11 est isolé par un ceinturage (20). 2: isolation thermique de type industriel, d'épaisseur 10 cm environ pour ob teirir un coefficient de déperdition volumique G inférieur à 0,6 Wl m3/ I et 8: couverture en aluminium ondulé 75 X 18 pour usages industriels ou agri colles, choisi dans une gamme de peinture foncée (ardoise ou tuiles foncées suivant la région). Cette couverture jouera le rôle d'absorbeur d'énergie solaire sur la face Sud en hiver et de surface réfrigérante par rayonnement nocturne sur la face Nord en été. 3: ventilation : le ventilateur (3) utilisé pour le renouvellement mécanique de l'air du volume intérieur (3') aspire également la couche d'air qui circule entre la couverture (I) et l'isolation (2) de la face Sud quand sa température est supérieure à la température du plancher bas (19) durant la période froide. L'air chaud refoulé par le ventilateur (3) descend dans une gaine intégrée sur l'arbalétrier Sud puis traverse le plancher bas au moyen de drains agricoles de IOcm de diamètre noyés à la construction dans le béton. Il rejoint alors la base de la toi ture où il est recyclé. Une partie du débit, constituant le renouvellement d'air, est cependant directement évacué à l'extérieur en (3"). 6: couverture transparente ~ sur sur la partie inférieure de la face Sud. Elle four nit l'éclairage diurne et un effet de serre direct en hiver. Des stores isolants peuvent moduler lumière et isolation thermique. 9: gaine d'aspiration : constituée par les deux pannes fattiares, munie à ses extrémités de trappes d'évacuation à l'air libre et d'un volet mobile de communication avec le ventilateur (3). 10 et II: circulation naturelle d'air réfrigéré nocturne sur la face nord inclinée à 250 durant la période chaude. Le jour, la ciruulation se fera aussi natur ment en sens inverse si le volume interne est pluS chaud que l'extérieur. Les planches 2/4 et 3/4 décrivent d'autres exemples possibles d'utilisation de cette structure, moyennant quelques modifications: coupe 2/4 : local destiné à usage discontinu (cas d'un atelier d'artisan en charpente menuiserie bois comme le prototype réalisé). La modification consiste dans la distribution différente de la chaleur récupérée. Celle-ci se fait au moyen d'un accumulateur (5) traversé par les drains d'air chaud, dont on peut extraire l'énergie à la demande au moyen d'un ventilateu (4). Cet accumulateur sert par ailleurs de surf ace de travail (établi, table à épures). coupe 3/4 : local destiné au séchage (bois ou produits agricoles divers). Pour réelpérer le maximum d'énergie , y compris durant la période chaude, la face Nord (8) inclinée à 250 est utilisée également en absorbeur dc chaleur quand le soleil dépasse une hauteur de 35 . Pour un renouvellement optimum de l'air, celui-ci est aspiré directement à l'extérieur en(14) et (12), refoulé vers le bois au le matériau à sécheur en vI7) et évacué à l'extérieur en (13). La régulation de ces systèmes s'effectue: I- pour l'air chaud pendant la période froide : un thermostat différentiel mesurant la différence de température entre la couche d'air chaud sous toiture et la partie à chauffer. Entas de différence positive, ce thermostat commande l'ou- verture du volet de communication entre la gaine (9) et le ventilateur (3). II- pour la réfrigération nocturne : ouverture manuelle de la trappe (II) en début de période chaude, permettant ainsi l'établissement de la circulation naturelle entre toiture et isolation. III- pour la ventilation de la face Sud en été : ouverture manuelle des trappes d'évacuation à l'exterieur de l'air circulant sous la toiture vers la gaine (9). Couplage avec chauffage d'appoint: dans certains cas, un chauffage d'appoint peut se révéler nécessaire. Ce type de récupérateur se preste particulièrement bien au fonctionnement en liaison avec tous les chauffage à air chaud (air pulsé ou aérothermes) qui sont très courants datjs les bâtiments industriels et commerciaux. OONSTRUCTIQN Ces structures peuvent etro construites par modules identiques comprenant deux fermes reliées par les pannes. De fabrication simple et traditionnelle par leur conception, les modules peuvent être réalisés, soit à l'échelle artisanale (cas du prototype éxécuté avec du matériel portatif de charpentiercouvreur), soit à l'échelle industrielle en série. APPLICATIONS Ces bâtiments peuvent convenir à toutes les entreprises artisanales, commerciales ou industrielles occupant des petites et moyennes surfaces (200à 900 m2) et désirant diminller leur budjet énergie avec un minimum d'investissement supplémentaires à la construction. Ces seuls investissements supplémentaires concernent le dispositif de régulation (thermostat, trappes, volets d'air) et la gaine de refoulement d'air chaud depuis le ventilateur (3) jusqu'au recyclage à la base de la toiture Sud. Les mesures effectuées sur le prototype existant permettent de prévoir pour une surface de 500 m2 une économie d'environ 6 TEP par an pour le chauffage d'Octobre à Avril, et de plus de I5 TEP dans le cas d'uh séchoir utilisé toute l'année, amortissant ainsi largement le surcoût de l'installation de récupération dès la première année. HsVENDI~iSIO:;S Une structure modulaire de locaux industriels ou commerciaux dont la conception est telle qu'elle puisse permettre I- la récupération d'énergie solaire dans la couche d'air chaud circulant entre la couverture et l'isolation thermique du volume intérieur afin d'assurer soit la climatisation de ce volume, soit le séchage de matériaux divers entreposés dans le module. II- la récupération des frigories apportées par le rayonnement de la couverture vers le ciel, la nuit. Ceci , toujours dans la couche d'air qui circule entre la couverture et l'isolation. Ce module sera caractérisé par sa forme (voir dessins annexés) et par la conception du procédé de récupération qiu fait appel uniquement à des matériaux courants et sans apports d'éléments étrangers aux structures traditionnelles du bâtiment, c'est à dire : l'ossature, la couverture, 11 isolation thermique et la ventilation ( hormis la régulation de cette dernière).