Brevet FR2579303A2 — publié le 19860926

FR 2579303 A2 19860926 FR 8504173 A 19850321 La présente invention concerne un procédé thermosolaire aux domaines de la construction et de l'économie d'énergle, exemples: habitats individuels ou collectifs,batiments publics, locaux industriels et commerciaux,... La téchnique antérieure dans ce domaine a un champs d'appli- cation limité,les procedés existants sont artisanaux et compliqués,avec un rendement énérgétique faible,un cout de réalisation élevé,ils ne s'appliquent qu'à des formes architécturales particulleres.Sur le plan énérgétique et thermique,les procêdés antérieurs craient unesurchauffe des locaux l'été et un déphasage de chauffage assez lent l'hlver,lténergle solaire absorbée ne peut être stockée dans la masse de la construction,l'inertie thermique est faible,le mode de chauffage n'est pas passif, ils ne se réalisent pas a ltéchelle industrielle ni dans les régions dont les écarts de température et de degré d'ensoleillement sont importants.Les procedes antérieurs n ont pas la stras ture isolante thermiquement et phoniquement et antiseismique. Le procédé thermosolaire objet de l'invention a resoud tous les problèmes techniques et scientifiques dans les procedés antérieurs cités ci dessus. I1 permet à toute construstion de de chauffer,stocker la chaleur,et climatiser aux moyens de l'énergie solaire.Ce procéda prolonge la durée de vie des constructions classiques ou en projets par 1' elimination automatique des eaux résiduélles et de l'humidité dans les parois,le sol, les plafonds,les murs maitres,ect...Ce procéde se réalise en éléments préfabriqués a l'échelle industrielle,ou in situ s'il s'agit d'ouvrage,il s'adapte a' tout site trés chaud l'été sou très frtd l'hiver,et à toutes formes architécturales. Le procédé thermosolaire caractérisant l'invention S'appli- que à toute construction quelque soit son usage etquelque soit sa forme Figure:24 .La perspéctive détaillée représentée par la figure:(I)illustre la structure génerale du procédé thermosolaire qui est caractérisé par sa forme a' la base,qui présente un axe de symetrie nord sud (A) et un axe de symétrie est-ouest (B).La facade(sud) est matérialisée par deux facades sud-est et sud-ouest.Ce procédé est composé des éléments suivants: I.Paroi principale qui représente les murs maitres,elle est constituée de matériau lourd a' importante inertie thermique,ce matériau est absorbeur et émmessif de la chaleur.cette paroiest aussi réalisée en élements préfabriqués en matériaux de construction courants ou en panneauxmétalliques.Dans certains sites fortements ensoleillés la paroi principale est constituée de matériaux moins lourds et moins absorbeurs et emméssifs de la chaleur. 2. Paroi stabilisatrice,cette paroi enveloppe totalement ou partiellement la paroi principale(I),elle est formée d'une couche d'air d'une part isolatrice et d'autre part stabilisatrice de température. 3. Isolation thermique nord, dans les régions trés chaudes l'été , cette isolation peut etre supprimée. Elle est fixée a distance de la paroi principale(I). 4. Paroi enveloppe protectrice éxtérieure,elle est réalisée avec des matériaux de maconnerie,betonneux,ou en elements préfabriqués metalliques,en bois,ou a base de resines.ou de verre. 5. Trous d'évacuation d'air chaud disposés dans la partie supérieure de la facade nord,ces trous sont détaillés dans les figures(5)et(6). 6. Plafond en matériaux lourds ou legers. 7. Isolation thermique du plafond (6). 8,Tous de retour de l'air de l'intérieur chauffer vers la couche d'air stabilisatrice (2) puis vers l'insolateur (I7), ces trous de retour sont détaillés dans les figures(9),(I0), (II),(12). 9. Trous d'arrivées d'air chaud de l'insolateur(I7) vers l'intérieur a chauffer.le détail de ces arrives est représenté par les figures(I3).(I4).(I5). 10. Fenêtres d'évacuation d'air chaud de l'insolateur(I7) vers l'extérieur. II. rentres d'entrée d'air frais extérieur en périodes de climatisation dans l'insolateur (17). I2. Conduite d'eau chaude encastrez dans l'insolateur(I7),cette conduite est reliée à un réservoir de stockage (21) a l'intérieur Se la structure. I3. Isolation thermique du sol,cette isolation est remplacée dans certains cas par un simple lit de cailloux qui, d'une part diminue la surface d'échange de chaleur avec le sol,et d'autre part ralentit la montée des eaux résiduelles du sol vers la dalle de base(I4) et le reste des parois. I. Dalle de base en matériaux massif ,inerte, absorbeur et emmessifde la chaleur. IE. Paroi vitrée,perméable aux rayons solaires qui pénetrent a " intérieur meme de la construction ou ils sont absorbés par car la dalle (I4) et les cloisons.La vitre (I5) est réalisée en simple vitrage, doubles vitrages, ou en vitrage isolant représenté par la figure (20). I6. Paroi d'air stabilisatrice entre la paroi (I) et l'insolateur (I7),cette paroi(I6) est communicante avec la paroi d'air stabilisatrice (2). I7. Insolateur absorbeur des rayons solaires,le détail de la structure de cet insolateur est représente par les figures(4) et(22) I. Conduites supérieures de l'insolateur(I7) ou l'air chaud est piege puis aspire' par ltasplrateur (20) vers les locaux a chauffer. 19. Vitre de l'insolateur(I7). 20. Aspirateur d'air chaud, de la conduite (I8) de l'insolateur (I7) vers les entrées(a). 21. Reservoir de stockage d'eau chaude solaire. A. Axe de partage et de symetrie nord-sud B. axe de partage et de symetrie est-ouest Structure de l'insolateur couvrant les facades(sud) de la structure d'ensemble fig: (I) et qui est compose de l'absorbeur (I7),de la vitre (I9),et de la conduite (I8). Cet insolateur est repre'sente par la figure : > (4) qui montre la structure d'ensemble d'un panneau solaire prefabrique destine à etre fixe directement sur les fac ades sud-est sud-ouest de 1 & fig (I) et sur toutes autres constructions quelques soient leurs formes et leurs usages,existantesou en projets. L'nnsolateur( 4 ) est compose de: Fenetres de ventilation (2), taroi enveloppe exterieure(3) de la conduite d'air cu, isolation thermique et étancheité(4),paroi interieure (5) je la conduite d'air chaud,trous de fixation(6)de l'insolateur sur les murs maitres,profilet d'assemblage et de centrage(9), fixation du bas de l'insolateur(II),vrtre (I2) en sinue vitrage, doublevitrage,ou en vitrage fig(20),absorbeur des rayors solaire (I5) la forme ondulée diminue de moitie les pertes de chaleur par rayonnement vers l'exterieur.Paroi d'échange de chaleur(16). Joint d'etancheité (I8).Trajectoire d'air chaud(I8)et().Traec- toire d'air frais(13). Paroi d'air stabilisatrice(7).ur maître (IO).Limite du nur maitre(I).Rayons solaire (I4). Le meme insolateur sans la conduite d'air chaud est represente par la fig : (22),dans cette même figure le joint d'étancheite (6) est consolide par l'armature metallique(5). Dans la phase climatisation, les figures(5)et(6) montrent les orifices d'evacuation d'air chaud,et les figures(7)et(8) l'entrée de l'air frais. Dans la phase chauffage,les figures(9.IO.II.I2)montrent les differentes possibilites de retour de l'air a recycler- -de l'interieur des locaux vers l'insolateur. Les figures(I3.I4:I5) representent les possibilites d'arrives d'air chaud de l'insola- teur vers l'interieur à chauffer.Dans les onze -,derniers cas de figures les reperes 1,2,3,4 sont relatiÇs- a la figure(I),et les reperes 5,6 sont respectivements les orifices d'entrées et de sorties de l'air,et la trajectoire de cet air. La fig(16) représente un batiment en plaques structuro-thermiques a procede thermosolaire a' facade sud-est sud-ouest et comme éléments de facades,l'insolateur(I) et(5),les fenetres(6),la terrasse vitre (2)et(3),le balcon(4),Touts les étages de cette construction sont autonomes thermiquement et structuralement. son procédé thermosolaire s I applique a toute architecture quelque soit son usage. Maison thermosolairefig:(I7)avectoiture (5),insolateur sudest(I)lever de soleil,insolateur sua-ouest. (2),coucher de soleil, vitre(3)permeable aux raoyns solaires et isolante thermiquement, fenêtres (4).Cette maison est destinee dans les regions enneigees. Maison thermosollire pour les regions fortement ensoleillees et sans enneigement,fig:(I8). Modele de construction montée en élements pre'fabrique'sfig:(19). dont les elements sont relatifs a la fig: (2It,et aux reperes de l'insolateur fig:(4),ce modèle est aussi composé de l'insolateur(fig:(2I),de l'aspirateur d'air chaud(6) ,de la conduite d'air chaud(6)et(7) avec les sorties (4),la conduite de retour (I6) avec les entrees (I5) est reliée a l'insolateur,les trajectoires d'air chaud et frais sont respectivement (8)et(14). le procédé de stockage d'eau chaude solaire est applique a ce prototype préfabrique. La vitre isolantefig: (20),elle est composee de deux parois de verre minces(6)et(S) et d'une paroi isolante (7)en resine tranparente aux rayons solaires ,cette paroi renvoit les rayoms thermiques(I) vers l'interieur(2).Le rayon solaire(3) est partiellement réfléchi (5) pénètre dans l'interieur(4). La paroi isolante FIG:(2I) est composee de l'isolation(2), la plaque extérieure(I),la plaque interieure(4),Le profilet d'assemblage(3),la glissiere de positionnement et de fixation (5) entourée du joint d'étancheite (6). La paroi isolante (fig:23)est composee éxterieurement du vitre (I) et de la plaque ondulée (2),et interieurement de la plaque ondulée (7) et du vide (5) entre lesquelles est logee l'isolation thermique (6), l'ensemble est assemble par le profilet (4) et fixé-sur la glissiere (8) avec le joint d'étancheite (3).Cette paroi a triple isolations constitut un éxéllant barrage thermique. La figure (24) represente quelques formes constructives tout usage sur lesquelles les procédés thermosolaires sont applicables le premier exemple a fait l'objet de cette invention figure: (I).Ce procédé utilise dans les coques structuro-thermique fait l'objet de construction d'un ensemble d'ouvrages en coques thermosolaire spheriques dbnt l'architecture apparante represente l'ensemble des planètes du systeme solaire figure: (25). Le principe de fonctionnement du procédé represente nar a fig: (I) est défini par deux phases.La Dremiere phase -ig:(2) montre le principe de chauffage et de stockage de 1a cnele^ar, et de stabilisation de la température. Au lever du soleil,la facade sud-est recoit les premiers rayons solaires qui en traversant la vitre (19)fig:(I) sont absorbés par l'insolateur (I7)fig:(I) et convertis en chaleur,instantanement l'air entre la vitre et l'insolateur s'echauffe a son tour au contact de l'absorbeur et subit une ascension naturelle vers la conduite piege(I8) ou un thermostat a contact actionne l'aspirateur(20)qui aspire cet air chaud vers les entress (23) puis vers l'interieur du volume a chauffer.Pendant ce temps la couche d'air stabilisatrice(I6)fig:(I)prend la temperature de la face arriere de l'absorbeur(I7)fig:(I)ce qui provoque un mouvement continu entre la couche d'air stabilisatrice(2) fig::(I)et cette couche,ainsi,la temperature de la paroi(I) monte progressivement d'une maniers uniforme grace a l'air chaud qui balaye sa surface apparente exterieure.L'air a recycler(22) retourne par les orifices(8)fig:(I)vers la couche d'air statif lisatrice(2)ou directement vers le bas de l'insolateur d'ou les trajectoires(25)et(24).Au meme moment et pour le reste de la journée,les rayons solaires traversent la vitre(I5)et penetrent dans la construction apportant d'une part la lumiere et d'autre part la chaleur ui sera absorbée par la dalle(14) fig::(I)puis restituée par rayonnement ,conduction et convection vers le reste des parois.Lorsque le soleil est au sud-ouest la meme operation de chauffage qu'au lever est repetée.A midi solaire la totalite de la facade sud recoit le maximum d'apport d'energie solaire. Ainsi durant cette journée ensoleillée, sans dephasage et d'une maniere uniforme la chaleur accumulée est stockée dans toute la masse de la construction pour etre restituée la nuit.Le mode de chauffage est exclusivement par raypnnement thermique (radiation thermique),a signaler que la temperature de rayonnement inXrieure est sensiblement la meme que celle de la journée.Graee a la couche d'air stabilisatrice(2)fig:(I) et l'isolation thermique(3)fig: :(I),le procede peut etre dispense d'un chauffage d'appoint durant les journées nuageuses. Les conduites d'eau chaude solaire(I2)fig-- (I) encastrées dans l'insolateur permettent a cette eau de staccumulée dans le reservoir de stockage (2I).La parfaite symetrie du procède sud-est sud-oues-t permet a celui cida satisfaire les lois fondamentales de la thermique qui sont la stabilite et ltequi- libre. La phase climatisationfig:(3) s'effectue de la maniere suivante, En été le soleil est généralement a la verticale,les insolateurs sont aussi dans la position verticale ce qui diminue les rayons solaires incidents. Au deut de l'été on proeede et on maintient les ouvertures de depression peripheriques(I0) de la paroi d'air(2) en haut et en bas cote nord,et les orifices (I2) et (II) en haut et en bas de l'insolateur cote sud,ainsi , l'air chaud (29) et(28) est evacue naturellement en appelant l'air exterieur (30), les murs maitres sont alors ventiles le jour et rafreehis la nuit. Dans les regions tres chaudes l',éte , on installe un rideau réflecteur de rayons solaires deriere les vitres des insolateurs et des vitres a rayons directs.les murs maitres peuvent etre realises plus legers a faible inertie thermique. REVENDICATIONS I) Procédé a inertie thermosolaire selon la revendication I du brevet principal, caractérisé en ce qu'il est constitué fig: d'une symetrie nord sud (A) et d'une symetrie est ouest (B).La facade sud comporte un ou plusieurs insolateurs sud-est sud-ouest,etd'une vitre sud sud-est sud-ouest. 2) Procédé inertie thermosolaire selon la revendication I caractérisé en ce qu'il est applicable à toutes formes constructives quelque soit l'usage,quelque soit la forme architecturale et quelques soient la région et le site.certaines formes sont représenteés par la fig:(24). 3) Procédé inertie thermosolaire selon les revendications I et 2 caractérisé en ce que les insolateurs sont composés de l'absorbeur(17),la vitre(i9), et la conduite(18) de la fig:(I). Ils sont réalisés en élements préfabriqués sous formes de panneauxfig:(4) et(22),l'absorbeur(17) a une section ondulée (I5) consolidée par une plaque arriere (I6) fig:(4). 4) Procédé inertie thermosolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisd en ce que la conduite(18) fig:(I) communique avec l1aspirateur(20) puis avec les conduites périphériques nords fig: 13.14.15 , le bas de llinsolateur et la paroi(I6) communiquent avec les conduites périphériques inférieures nord fig: 9.IO.II.I2. Lesentrées d'air chaud dans la construction sont les orifices(9) et le retour d'air froid les orifices(8). 5) Procédé inertie thermosolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la ventilation de la constructon s'éffectue par les ouvertures inferieures extérieures nord et sud fig: 7 et8 ,et les ouvertures periphé riques extérieures dans la zone supérieure fig: 6 et 5,les les orifices de ventilation de l'insolateur sont (îo) et(II) fig: I .La paroi (2) communique avec la paroi d'air(I6) coté sud fig: I 6) Procédé inertie thermoaolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu 'il est applicable sur les prototypesde maisons fig: I7 et I8,et des batiments collectifs fig:I6. I1 est aussi utilisé dans des prototypes préfabriqués fig: 19 réalisé aveSdes panneaux solaires fig (22)et Les panneau isolants fig:(2I)et(23).ces panneauxfig: (23)sont composés d'isolation thermique entre deux plaques à sections ondulées à poches d'air.Ces panneaux dans certains eas remplacent les parois (3)et(4) fig:(I)etsassemblentpar les glissieres (5)et(6) fig:(21). 7) Procédé inertie thermosolaire selon 1'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le 3prototype préfabriquéfig:(19) est constitué intérieurement de conduites supérieure intérieure d'air chaud(S) communicantes avec l'aspira teur(6)et le haut de l'insolateur(7).Les conduites d'air frais(IE) communiquentavec le bas de l'insolateur(I4) 8) Procédé inertie thermosolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'une quelcon- que des vitres du procédéfig:(I)est réalisable avec une vitre isolante thermiquement et permeable aux rayons solaires fig: :(20) composée d'une paroi transparente a base de resine(6) logée entre deux plaques minces en verre(7)et(8).Ces vitres isolantes sont utilisées dans les portes et fenêtres. 9) procédé inertie thermosolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un rideau réflécteur de rayons solaires est logé entre les vitres (I )et les absorbeurs(I7)des insolateursFig:(I),fig:(4),fig:(22),ees rideaux sont aussi utilisés derriere les vitres à rayonnements solaires directs.ces reflecteurs sont placés l'été et tirés l'hiver.