Brevet FR2937662A1 — publié le 20100430

L'invention concerne un élément structurel pour un bâtiment. Dans la construction ou la rénovation de bâtiments, on est à la recherche de structures permettant de remplir tout ou partie des fonctions d'isolation thermique, phonique, récupérateur de chaleur, régulateur de chaleur, élément de séparation, panneau d'habillage de façade, couverture de toit, ceci dans un cadre économique serré. C'est pour répondre à cette situation qu'est ici proposé un élément structurel comprenant au moins un panneau se laissant traverser par la lumière et à structure alvéolaire, ce panneau renfermant des tuyaux d'occultation et/ou d'échange de chaleur plus opaques que le panneau et où peut circuler un fluide d'échange thermique (gazeux, typiquement de l'air extérieur). Favorablement : - ces tuyaux d'occultation et/ou d'échange de chaleur comprendront des tuyaux métalliques pourvus d'ailettes intérieures recevant l'énergie solaire à travers ledit panneau, en favorisant ainsi l'échange thermique avec de l'air présent dans les tuyaux, - et/ou les tuyaux seront interposés, suivant l'épaisseur de l'élément, entre deux zones alvéolaires perméables au � chauffage solaire � par rayonnement de l'extérieur vers lesdits tuyaux récupérateurs, mais isolant thermiquement ces tuyaux de l'environnement ambiant extérieur, - et/ou le/chaque panneau sera en matière plastique rigide, transparente ou translucide, tel en particulier du polycarbonate, les tuyaux étant en métal léger de couleur sombre pour limiter la réflexion, avec une densité de l'élément qui sera inférieure à 10 kilogrammes par m2' - et/ou, à l'intérieur du panneau, les tuyaux précités se raccorderont à un tuyau collecteur transversal calé dans l'épaisseur du panneau et se terminant par des moyens d'aboutement pour un raccordement à un tuyau collecteur d'un élément structurel identique adjacent. Seront en particulier concernées les unités d'échange de chaleur, d'habillage et d'occultation de façade ou de couverture de bâtiment comprenant plusieurs éléments structurels du type présentés avant, liés ensemble par des moyens de liaison et dont lesdits tuyaux collecteurs seront de préférence raccordés bout à bout entre eux ainsi qu'à une extrémité à un moyen assurant la circulation de l'air dans les tuyaux. Dans une application préférée, les tubes collecteurs seront reliés à un réseau comprenant des moyens échangeur air/eau et/ou des tuyaux de circulation d'air assurant un chauffage de pièces du bâtiment et/ou une zone de stockage de calories, telle qu'un bassin d'eau, permettant une réutilisation ultérieure en saison froide. D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre où deux modes de réalisation d'un élément structurel conforme à l'invention sont présentés et donnés à titre d'exemples non limitatifs et faits en référence aux figures annexées : - les figs.1,2 montrent des éléments structurels 30 conformes à l'invention fixés extérieurement sur une façade de bâtiment ou un toit, - la fig.3 montre un élément seul, selon une première réalisation, - la fig.4 est un agrandissement local de la fig.3, - les figs.5,6 montrent un élément seul, selon une seconde réalisation, suivant deux extrémités opposées, - la fig.7 est une vue de face de cette réalisation, et la fig.8 schématise un circuit complet de récupération de chaleur. Figures 1 et 2, on voit plusieurs éléments structurels 1 pour un bâtiment 3 ou 4 comprenant un panneau 5 se laissant traverser par la lumière (en particulier solaire) et à structure alvéolaire. Figures 3,4, un unique élément structurel 1 comprenant le panneau 5 est également illustré. Des tuyaux 9 d'occultation et/ou d'échange de chaleur, plus opaques que le panneau 5 et où peut circuler un fluide d'échange thermique passent à l'intérieur de ce panneau. Le/chaque panneau 5 est favorablement transparent à la lumière naturelle, solaire, ou translucide. Il s'étend dans un plan général 5a. Perpendiculairement à ce plan, le panneau présente une épaisseur e et une largeur 1, et, suivant cette largeur, l'espace cumulé 11+12+13+... occupé par les tuyaux 9 est supérieur au tiers de cette largeur, pour l'occultation et l'échange de chaleur, ces tuyaux s'étendant parallèlement entre eux et essentiellement transversalement à la largeur 1. Ici, les tuyaux étant identiques, ces distances 11,12,13... sont identiques, chacune égales au diamètre extérieur de ce tuyau. Par exemple pour 10 tuyaux de diamètre extérieur 11, on aura donc 10.11 > 1/3.1. Et même de préférence, 10.11 > 1/2.1. Et il en sera de même pour la surface occupée par les tuyaux 9 rapportée à celle S du panneau (S= 1 x L, L : longueur du panneau dans le plan 5a). Ces tuyaux 9 sont, suivant la largeur 1, situés à une distance li les uns des autres permettant à de la lumiere Lu de passer de la face extérieure 50a à la face intérieure 50b du panneau et plus généralement de l'élément, assurant ainsi un éclairage du volume ou de l'espace 8 situé au-delà de l'élément, c'est-à-dire derrière lui. Sur toutes les figures où ils apparaissent, les tuyaux 9 sont des tuyaux métalliques d'échange de chaleur pourvus longitudinalement d'ailettes intérieures 9a recevant l'énergie solaire à travers le panneau, en favorisant ainsi l'échange thermique avec de l'air présent dans les tuyaux. Ainsi, c'est en particulier par le rayonnement infrarouge issu du soleil que l'on va chauffer de l'air en circulation dans les tuyaux de ces éléments structurels. Pour limiter les déperditions de la chaleur collectée et donc assurer une isolation thermique des zones où sont disposées les tuyaux 9 (voir figures 3-5), ces derniers sont interposés, suivant l'épaisseur e de l'élément 1 illustré (repéré 10 figures 5-7), entre deux zones alvéolaires isolantes, respectivement 7a,7b (ou 70a,70b figures 5,7). Dans la solution figures 3 et 4, deux rangées superposées d'alvéoles sont préférées (7a1,7a ; 7b1,7b2), de chaque côté, ceci favorisant le rendement global, y compris des chambres chaudes 12 (fig.4), entre les tuyaux 9. On conseille par ailleurs que le/chaque panneau 5 (repéré 50 figures 5-7) soit réalisé en matière plastique rigide, transparente ou translucide, les tuyaux 9 étant en métal léger de couleur sombre, pour limiter la réflexion, et la densité de l'élément étant inférieure à kilogrammes par m2. Des tuyaux en aluminium conviendraient. Ainsi, on conjuguera a minima performance thermique et légèreté, ceci favorisant l'intérêt de la 10 solution proposée, sa facilité d'implantation et le coût global de la construction concernée. Pour utiliser de façon performante la chaleur collectée dans les tuyaux 9, on conseille qu'à l'intérieur du panneau, ces tuyaux se raccordent à un tuyau transversal collecteur 13 se terminant par des moyens d'aboutement 13a d'un côté (embout mâle), 13b de l'autre (embout femelle), pour un raccordement à un tuyau collecteur 113 d'un élément structurel identique adjacent 11 ; voir figure 1 pour l'exemple. Chaque tuyau collecteur est étroitement calé, coincé, dans l'épaisseur du panneau qui le porte. Dans la solution figures 3,4, le panneau 5 illustré est en plastique rigide, transparent ou éventuellement translucide, et comprend deux plaques doubles 17a,17b à structure interne alvéolaire. Entre ces plaques sont disposés les tuyaux opaques 9 qui sont de préférence collés aux plaques, en particulier par une colle acrylique, avec des plaques qui seront favorablement en polycarbonate ou en PVC de quelques mm à environ une dizaine de mm d'épaisseur. A une extrémité du panneau et des tuyaux 9 s'étend le tuyau transversal collecteur 13 que maintiennent serré entre elles les plaques doubles 17a,17b. les tuyaux 9 sont raccordés au tuyau transversal collecteur 13 (qui peut en une ou plusieurs pièces). Figures 5-7, dans l'autre solution, le panneau 50 de l'élément 10 correspondant est monobloc, en plastique, avec des tubes 15 intégrés au panneau, entre des groupes de cellules ou d'alvéoles. Les tuyaux 9 précités sont disposés étroitement dans les tubes 15. Pour la solidité d'ensemble et la qualité de réalisation, ces tubes 15, qui sont donc monoblocs avec le panneau 5, sont situés au croisement de parois transversales (repérées 170a1,170a2 fig.7) de la structure et donc intégrés aux alvéoles qui les entourent. Concernant l'implantation des éléments, on conseille que, sur deux bords latéraux opposés, tels 10a,10b fig.7, chaque élément structurel puisse présenter des éléments complémentaires de liaison mâle(s) 21a2, 21b1 et femelle(s) 21b2,21a1 pour, dans un état engagé de ces éléments de liaison réalisé entre un tel élément structurel 1 et un élément structurel identique adjacent 11 , les retenir ensemble à la fois dans le plan 5a des panneaux et en flexion, c'est-à-dire à l'encontre de forces F transversales à ce plan. Figures 5,6 en particulier, on constate que les éléments de liaison illustrés comprennent : - sur un premier bord latéral 10a, une fente de centrage 23a1 et, à distance, une griffe d'accrochage 25b1, et, - sur un second bord latéral 10b opposé au premier, une excroissance 23a2 de centrage complémentaire de la fente et une patte 25b2 d'accrochage pour la griffe de l'élément structurel adjacent 11. De préférence, pour favoriser le rendement thermique, les panneaux (5 ou 50) seront pourvus latéralement, à l'endroit de leur tranche latérale, de cloisons de limitation, telles 27a,27b ; fig.7. L'un ou l'autre de ces éléments structurels permettront, comme montré figure 1 ou 2, de réaliser une unité d'échange de chaleur, d'habillage et d'occultation de façade (fig.1) ou de couverture (fig.2) de bâtiments comprenant plusieurs tels éléments adjacents (côte à côte) liés ensemble de préférence par des moyens de liaison, tels ceux précités, et dont les tuyaux collecteurs, tels 13, 113, seront raccordés bout à bout entre eux ainsi qu'à une extrémité à un moyen 29 assurant la circulation de l'air dans les tuyaux, tel un ventilateur (voir fig.1 pour l'exemple). Fig.l, une partie au moins de la façade 30 du bâtiment exposée extérieurement au soleil est couverte par une série d'éléments 1 (voire 10) adjacents permettant de préférence un passage partiel de la lumière extérieure vers les volumes ou espaces intérieurs 8 du bâtiment et une collecte de chaleur par récupération d'énergie lumineuse dans les tuyaux récupérateurs 9. Ces éléments structurels pourront être fixés non pas entre eux mais, côté intérieur, à des montants ou poutrelles 31 de structure du bâtiment. Grâce aux moyens de ventilation 29 et aux tuyaux collecteurs aboutés 13, 113..., l'air chauffé, en circulation dans les tuyaux récupérateurs, pourra être distribué immédiatement ou stocké pour plus tard. Fig.2, une partie au moins de la toiture ou couverture 35 du bâtiment comprend à nouveau une série d'éléments 1 (voire 10) adjacents permettant de préférence à nouveau à la fois un passage partiel de lumière extérieure vers les volumes intérieurs du bâtiment et une récupération de la chaleur du soleil dans les tuyaux récupérateurs. Des poutrelles 37 soutiennent des groupes d'éléments. Si, tant pour une façade que pour un toit, les éléments structurels adjacents sont maintenus ensemble par des moyens de liaison intégrés, tels 21a1,21a2,21b1 21b2, on prévoit que les panneaux 5 ou 50 de ces éléments seront de préférence fermés latéralement par des cloisons structurantes (telles 27a,27b) s'étendant suivant l'épaisseur et auxquelles lesdits moyens de liaison seront favorablement intégrés. En aval, comme schématisé fig.8, le réseau de tubes collecteurs pourra être relié à un autre réseau 39 comprenant des moyens échangeur air/eau 41 et/ou des tuyaux de circulation d'air 43 assurant un chauffage de pièces du bâtiment et/ou une zone 45 de stockage de calories, telle qu'un bassin d'eau, permettant une réutilisation ultérieure de la chaleur en saison froide. Comme indiqué fig.7, les dimensions de chaque panneaux pourront être de 250mm de large, 40-45mm d'épaisseur et 600-800mm de long.30 REVENDICATIONS1. Elément (1, 10) structurel pour un bâtiment comprenant au moins un panneau (5, 50) se laissant traverser par la lumière et à structure alvéolaire (7a, 7b, 70a, 70b), ce panneau (5, 50) renfermant des tuyaux (9) d'occultation et/ou d'échange de chaleur plus opaques que le panneau et (5, 50) où peut circuler un fluide d'échange thermique. 2. Elément (1, 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits tuyaux sont des tuyaux (9) métalliques d'échange de chaleur pourvus d'ailettes intérieures (9a) recevant l'énergie solaire à travers ledit panneau (5, 50), en favorisant ainsi l'échange thermique avec de l'air présent dans les tuyaux (9). 3. Elément (1, 10) structurel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - le panneau (5, 50) s'étend dans un plan général (5a), dans ce plan (5a), il présente une surface, et, dans ce plan (5a), l'espace (8) occupé par lesdits tuyaux (9) est supérieur au tiers de ladite surface du panneau (5, 50), pour l'occultation et l'échange de chaleur. 4. Elément (1, 10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tuyaux (9) d'occultation et/ou d'échange de chaleur sont interposés, suivant l'épaisseur de l'élément (1, 10), entre deux zones alvéolaires (7a, 7b, 70a, 70b) isolantes. 5. Elément (1, 10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le/chaque panneau (5, 50) est en matière plastique rigide, transparente ou translucide, les tuyaux (9) sont en métal léger de couleur sombre pour limiter la réflexion et la densité de l'élément (1, 10) est inférieure à 10 kilogrammes par m2. 6. Elément (1, 10) structurel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur deux bords latéraux opposés (10a, 10b), il présente des éléments complémentaires de liaison mâle(s) (21a2, 21b1) et femelle(s) (21b2, 21a1) pour, dans un état engagé de ces éléments de liaison réalisé entre un tel élément (1, 10) structurel et un élément structurel identique adjacent (11), les retenir ensemble à la fois dans le plan (5a) desdits panneaux (5, 50) et en flexion. 7. Elément (1, 10) structurel selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits éléments complémentaires de liaison mâle (21a2, 21b1) et femelle (21b2, 21a1) comprennent : - sur un premier bord latéral (10a), une fente de 25 centrage (23a1) et, à distance, une griffe d'accrochage (25b1) , et, sur un second bord latéral (10b) opposé au premier, une excroissance (23a2) de centrage complémentaire de la fente et une patte (25b2) 30 d'accrochage pour la griffe d'un élément structurel identique adjacent (11). 8. Elément (1, 10) structurel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le panneau (5, 50) comprend en outre des tubes (15) intégrés dans lesquels sont disposés lesdits tuyaux (9) d'occultation et/ou d'échange de chaleur. 9. Elément (1, 10) structurel selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le panneau (5, 50) comprend deux plaques doubles (17a, 17b) à structure alvéolaire ( ?) entre lesquelles sont disposés lesdits tuyaux (9), de préférence collés aux plaques (17a, 17b). 10. Elément (1, 10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'à l'intérieur du panneau (5, 50), lesdits tuyaux (9), qui servent à l'échange de chaleur, se raccordent à un tuyau collecteur transversal (13, 113) calé dans l'épaisseur du panneau (5, 50) et se terminant par des moyens d'aboutement (13a, 13b) pour un raccordement à un tuyau collecteur (13, 113) d'un élément structurel identique adjacent (11). 11. Unité d'échange de chaleur, d'habillage et d'occultation de façade (30) ou de couverture de bâtiment comprenant plusieurs éléments (1, 10) structurels selon la revendication 10 liés ensemble par des moyens de liaison (21a2, 21b1, 21b2, 21a1) et dont lesdits tuyaux collecteurs (13, 113) sont raccordés bout à bout entre eux ainsi qu'à une extrémité à un moyen (29) assurant la circulation de l'air dans les tuyaux (9). 12. Unité selon la revendication 11, caractérisée en ce que lesdits tubes (13, 113) collecteurs sont reliés à un réseau comprenant des moyens échangeur air/eau (41) et/ou des tuyaux (43) de circulation d'air assurant un chauffage de pièces du bâtiment.