Brevet FR2578312A1 — publié le 19860905

ELEMENT DE VETURE DE PAROIS DE BATIMENT A FONCTION SOLAIRE ET ISOLANTE La présente invention concerne un certain type de vêture de parois extérieures de bâtiment , susceptible d'équiper des murs existants, qui a pour fonction de rendre d'une part ces parois bénéficiaires d'apports calorifiques d'origine solaire, en hiver par jour ensoleillé, et d'autre part de réduire le coefficient de déperditions thermiques de ces parois et les rendre moins sensibles aux pertes de chaleur en période froide et aux surchauffes en période d'été Le dispositif proposé peut être rapproché aussi bien des capteurs à air de façade, dont il utilise certaines propriétés, que des isolant extérieurs apportés sous forme de bardage ou de vêture, dont il reprend certains aspects mécaniques Dans le domaine des capteurs solaires de façade, il n'existe guère actuellement que le système de mur vitré, dit " Mur Trombe ", qui revient à disposer une surface transparente faisant effet de serre devant un mur lourd pour l'aider a se charger en chaleur solaire, sans que son coefficient de déperdition thermique, initialement très élevé (absence d'isolant) s'en trouve fortement réduit ni que le risque de surchauffe en éte soit évité Dans le domaine des vêtures ou bardages extérieurs de bâtiments, il n'est d'autre fonction proposée actuellement que celle d'isoler thermiquement ou de modifier l'aspect extérieur des murs La présente invention a pour but de concilier la- fonction d'isolant, en reproduisant la facilité de mise en oeuvre des vêtures, et la fonction de capteur solaire des murs Trombe en utilisant comme eux la masse du mur comme milieu de stockage thermique ( avec éventuellement un élément de stockage additionnel ) . Cette double fonction est obtenue grâce à la juxtaposition de plusieurs composants différents au sein de la vêture et a 1 'exp- loitation de quelques phénomènes physiques simples .De l'extérieur vers l'intérieur de la paroi, on rencontre successivement, comme l'indique la Figure I; un élément de vêture proprement dite, constitué d'une paroi transparente ou translucide (1), laissant passer la majeure partie du rayonnement solaire, cette paroi pouvant être avantageusement double ( ou alvéolaire ) pour assurer une meilleure isolation thermique; une surface absorbante (2) qui transforme en chaleur le rayonnement reçu, et qui se trouve séparée de la couverture (1) par une lame d'air de quelques centimêtres, laquelle surface peut être directement la face avant ( de teinte sombre ) d'un panneau isolant thermiquement (3) constitué de mousse plastique ou de matériau minéral, pourvu d'orifices (4) dans sa partie haute et (5) dans sa partie basse et de corrugations horizontales (6); un ensemble de lames réfléchissantes (7) disposées sur les plans faiblement inclinés des corrugations, et dont l'orientation permet de renvoyer sur l'absorbeur (2) le rayonnement solaire suffisamment bas sur l'horizon ( hiver ) et de rejeter vers l'extérieur le rayonnement solaire haut sur l'horizon ( éte ), conformément aux revendications d'un brevet PROMOVENCE déjà déposé (dépot du 11 décembre 1984 ); des clapets (8) situés sur les orifices supérieurs (4) pour imposer un cheminement de l'air en sens unique; enfin la surface du mur original (9) sur laquelle sont accroches les éléments prcédemnent énumérés Le fonctionnement du dispositif est alors le suivant : sous l'influence des rayons solaires d'hiver ou de demie-saison, la surface de l'absorbeur monte en température et échauffe la lame d'air située entre la couverture (1) transparente et l'isolant (3); cette lame d'air se dilate et devient plus légère que la lame d'air située a l'arrière entre l'isolant (3) et le mur (9) ce qui provoque un mouvement appelé thermo-siphon,dans le sens des flèches La chaleur reçue par l'air en avant est cédée au mur a l'arrière, ce qui permet de maintenir les conditions du thermo-siphon pendant toute la periode d'insolation et de rechauffer l'espace qui touche le mur arrière .Pendant une interruption momentanée (nuage) ou prolongée (nuit) de l'ensoleillement il n'y a plus de force motrice pour entrainer l'air dans le sens des flèches, mais il n'y a pas non plus de thermo-siphon en sens inverse en raison du clapet anti-retour (8) ; en consequence, l'air stagne et l'ensemble du dispositif se comporte comme un isolant dont l'efficacité dépend de l'épaisseur de l'isolant, des lames d'air et des alvéoles de la couverture En période d'éte, la course du soleil est telle qu'un mur vertical sensiblement exposé au sud reçoit des rayons issus de directions très hautes sur l'horizon (du moins pour nos latitudes comprises entre 40 et 500); les lames réflectrices renvoient alors ces rayons vers l'extérieur .La cause de l'échauffement de l'air est donc partiellement ou complètement supprimée suivant l'époque considérée, et le transfert de chaleur vers le mur est réduit d'autant . De cette façon, la vêture solaire joue le rôle d'isolant protecteur des surchauffes en eté, comme le ferait un isolant exterieur ordinaire Selon une version alternative de l'invention, schématisée en Figure II, il est possible de placer cette vêture solaire devant des murs de faible masse (par exemple faits de blocs creux au lieu de béton plein), en évitant le danger de créer une surchauffe intolérable de ce mur en hiver au cours d'une journée ensoleillée : ceci est rendu possible par l'introduction d'un élément de stockaoe thermique additionnel (10) placé dans la lame d'air située entre l'isolant et le mur .Cet élément de stockage thermique,qui doit être capable d'accumuler beaucoup de chaleur sous un faible volume, est constitué d'une enveloppe rigide, de préférence en matière plastique, contenant un matériau dit~"a changement de phasme"9 tel qu'un dérivé du Chlorure de calcium ou tout autre hydrate salin développé à cette fin, avec une température de fusion adaptee au problème présent (entre 20 et 500cl). De ce fait une partie de la chaleur transmise vers l'arrière est accumulée dans l'élément de stockage pour être ensuite restituée au mur pendant la phase de stagnation La disposition des éléments de vêture solaire ainsi décrits est modulaire pour pouvoir s'adapter â des parois de dimensions variées sans obliger à une fabrication sur mesure . Les dimensions d'un module ne sont fixées que par des considérations mécaniques ou thermiques : en largeur, seules des questions de résistance mécanique et de manutention limitent les dimensions, qui peuvent être aussi bien d'une fraction de mètre que de plusieurs mètres selon les matériaux choisis . En hauteur, des questions thermiques de rendement de captage solaire limitent les dimensions à des valeurs en dessous du mètre .Mais cette restriction concerne la hauteur de la boucle d'air et donc la distance entre orifices hauts et bas dans l'isolant . Rien n'empèche d'avoir une couverture transparente de grande hauteur renfermant des modules plus courts réalisant des boucles d'air isolées les unes des autres Un des derniers éléments caractéristiques de l'invention concerne le choix des matériaux aptes à assurer les fonctions décrites : la couverture transparente, de préférence alvéolaire doit être légère, non fragile et resistante au rayonnement (en particulier aux U-V) et à la chaleur, tout en suportant sans dommage les agressions atmosphériques extérieures; d'ou le choix de matières plastiques de haute qualité comme par exemple le polycarbonate L'isolant dont la face avant joue le rôle d'absorbeur doit résister à de hautes températures sans dégradations et le cloisonnement des boucles d'air qu'il assure doit résister aux dilatations différentielles des autres matériaux . Pour ce faire, il peut éventuellement faire appel a une structure composite où certains matériaux assurent la fonction thermique et optique et d'autres la fonction d'étanchéité (par exemple verre cellulaire allié à mousses phénoliques) . Les lames réfléchissantes doivent faire appel de préférence aux qualités optiques de l'aluminium poli et conserver leur pro pie té dans le temps grâce par exemple à une anodisation, leur fixation doit résister a- la chaleur et aux dilatations différentielles avec le support, par exemple en util-isant adhésifs et rainures sur la surface (2) .Les ma tériaux constituant les clapets (8) doivent être très légers pour être soulevés par une très faible surpression et résister à la chaleur et au rayornement et peuvent être des membrannes de certains plastiques comme le PVC, le polyéthyléne, le 'flylar, le Teflon, les EVA et autres films connus . la forme du siège arrière -des orifices (4) peut être avantageusement inclinée sur la verticale pour assurer un leger appui au repos et donc une meilleure étanchéité au mouvement d'air inverse de celui des flèches de la Figure I Enfin la fabrication et la mise en place des différents composants doit être aussi industrialisable que possible, avec une main d'oeuvre simplifiée et rapide sur site .Cela peut être obtenu grâce au caractère modulaire des composants conçus en quelques largeurs et en hauteur adaptable par simple opération de sciage, facile à effectuer sur des couvertures de plastique et des isolants de matière tendre . L'absorbeur-isolant en particulier peut être aisément réalisé par une opération de moulage d'une mousse lui donnant en une fois la forme se prètant à assurer l'étanchéité à l'air sur les bords et à aménager les orifices de circulation hauts et bas,-tout en permettant l'usage de matériaux distincts sur la face avant corruguée Une technique de pose simple est suggéree en Figure III grâce à l'usage de couvertures transparentes de profil en U évasé (12)quel'on trouve chez les fabricants de plaques de polycarbonate alvéolaire, et de profils metal- liques en Oméga (13) directements fixés au mur . Le mode de pose consiste à fixer les profils métalliques sur le mur à l'aide d'un gabarit, à inserrer les absorbeurs-isolants (3) entre ces profils, par coincement, et à clipser les couvertures en U sur toute la hauteur des profils métalliques Des terminaisons métalliques constituées de profils en U assurent la protection et l'étanchéité superieure et inférieure de la vêture de façade ainsi montée . Des améliorations d'aspect architectural peuvent être introduites par l'usage de couvertures teintées dans la masse, ou d'un choix de couleurs pour les absorbeurs, soit de façon uniforme,-soit le long de bandes verticales modulaires, en jouant de plus sur l'état de surface de la couverture pour éviter éventuellement l'aspect vitreux de la réflexion de la lumière vu de l'extérieur REVENDICATIONS 1 - Elément de vêture de murs extérieurs de batiments assurant une fonction d'isolation thermique aussi bien en été qu'en hiver, caractérisé en ce qu'il est constitué, comme un capteur solaire a air, d'une couverture transparente ou translucide (1), de préférence a double paroi, et d'un absorbeur (2) transformant le rayonnement solaire transmis par la couverture en chaleur cédée à l'air emprisonné sous la vêture, lequel absorbeur est la face avant d'un isolant rigide (3) disposé de façon à amenager une lame d'air en contact a l'avant avec l'absorbeur et à l'arrière une autre lame d'air en contact avec le mur d'origine (9), ces deux lames d'air étant en communication par des orifices supérieurs (4) et des orifices inférieurs (5) et confinées par par des bourrelets d'étanchéité horizontaux (10) et des éléments verticaux (13) qui peuvent être les profils d'accrochage au mur , le fonctionnement du capteur à air étant du type à thermo-siphon, et le stockage de la chaleur étant du type a réchauffement d'un matériau inerte (matériau constitutif du mur) 2 - Element de vêture solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la thermo-circulation de l'air en sens inverse de celui des flèches (permettant de réchauffer le mur) et qui serait cause de refroidissement du mur, est interdit grâce a la présence de clapets anti-retour (8) capables d'obturer les orifices superieurs (4) aménagés dans l'isolant (3) 3 - Elément de vêture solaire selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rayonnement solaire transmis par la couverture (1) rencontre un réseau de lames réfléchissantes (7) faiblement inclinées sur l'horizontale dont la fonction est de renvoyer vers l'extérieur le rayonnement solaire issu d'une direction faisant un angle élevé avec le plan horizontal (rayonnement d'été), tout en dirigeant vers l'absorbeur (2) le rayonnement issu d'une direction basse sur l'horizon (rayonnement d'hiver) et sensiblement face à la vêture ( à plus ou moins 450 en azimuth), 4 - élément de vêture solaire selon les revendications 1, 2, et 3 caractérisé ence qu'un stockage de chaleur supplémentaire est aménage dans le volume compris entre l'isolant (3) et le mur (9), sous forme d'une enveloppe (11) globalement plate et peu épaisse (quelques centimêtres au plus) contenant un materiau stockeur thermique par chaleur latente de fusion,doté d'une température de fusion choisie suivant l'usage des locaux concernés (entre 20 C et 500 C en général) 5 - Elément de vêture solaire selon les revendications 1, 2, et 3 carac térisé en ce que les composants constitutifs sont fabriqués de façon industrielle selon des modules de dimension bien définis et mis en place sur le mur concerné par une opération de pose rapide consistant à fixer en premier lieu des profils métalliques à section en Oméga (13),puis à engager à force la pièce unique comportant l'ensemble des composants (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), et (10), après interposition éventuelle du stockage additionnel (11), enfin à placer les couvertures à profil en U (12) en engageant les barres des U dans le creux des profils Oméga (13), l'avantage d'un tel montage étant qu'il permet en outre des mouvements limités de dilatation différentielle sans conséquence pour la tenue de l'ensemble 6 - Elément de vêture solaire selon 1, 2 et 3 caractérisé en ce que l'aspect extérieur de la couverture transparente presente une continuité sur une hauteur arbitrairement grande, masquant,si besoin est, l'aspect modulaire a petite échelle imposée sur les isolants (3), certaines qualités architecturales pouvant etre ajoutées par un choix judicieux de couleur pour les absorbeurs (2) comme pour le plastique de la couverture (1) alors teinté dans la masse, cette couverture pouvant de plus présenter des traitements de surface qui réduisent l'aspect vitreux de la reflexion de la lumière vu de l'extérieur