CA1212849A - Procede de stockage et de restitution d'energie calorifique, et dispositif pour sa mise en oeuvre, constituant un element porteur de batiment - Google Patents

Procede de stockage et de restitution d'energie calorifique, et dispositif pour sa mise en oeuvre, constituant un element porteur de batiment

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Abstract

Le stockage et la restitution de l'énergie calorifique sont assurés par une même cuve cylindrique, qui remplit en outre la fonction d'élément porteur d'un bâtiment. La paroi de la cuve comprend une épaisseur de béton intérieure et une épaisseur de béton extérieure, séparées par une âme centrale isolée par mise sous vide. L'épaisseur de béton intérieure délimite un volume de stockage de fluide, relié à un circuit de chauffage de ce fluide au moyen de capteurs solaires. Dans l'épaisseur de béton extérieure est incluse une tuyauterie de restitution d'énergie calorifique, ayant ses extrémités reliées à l'intérieur du volume de stockage, une pompe faisant circuler le fluide dans la tuyauterie pour céder des calories à des pièces du bâtiment qui entourent la cuve.

Description

La présenie invention concerne un procédé de stockage et de restitution d'énergie calorifique, et elle a aussi pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé de stockage et de restitution, le dispositif en question constituant simultanément un élé-ment porteur de bâtiment.
La demande de ~revet français n 79 12518 du 10 mai 1979, publiée sous le n 2,456,175,-au nom de la Société Demanderesse, décrit déja un sys-tème de cons-truction par composants permettant la réalisation de l'os-sature principale d'un édifice ou d'un ensemble d'édifices, et contribuant à l'intégration de solutions apportées a la thermique de tels édifices, ce systeme s'appliquant notamment à la construction rationnelle et économique de bâtiments avec chauffage par capteurs.solaires, et stockage de l'énergie calorifique dans des cuves. Plus particulièrement, la demande mentionnée ci-dessus prévoit, dans les structures qu'il decrit.et représente, des cuves ou réservoirs de stockage de forme cylindrique et d'axe vertical, connectés au circuit parcouru par le fluide de chauffage, et constituant des piles porteuses de l'ossa-ture du bâtiment, ces cuves cylindriques assurant d'autant mieux leur fonction statique qu'elles sont géneralement remplies, presque complètement, d'un fluide hydraulique.
Le procédé de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la présente invention slap-plique plus particulierement a la conception qui vient d'etre rappelée, et il permet dans ce cas d'obtenir a la fois une excellente isolation de la cuve, pour realiser un accumulateur de chaleur ayant un minimum de pertes, et une restitution directe de liénergie au travers des parois de la cuve, avec possibilite de controle et de régulation du transfert des calories, de maniere a utili-ser aussi cette cuve comme radiateur vis-a-vis des espaces B t3~-habitables qui l'entrourent, et même comme unique moyen de chauffage des pieces du batiment dont elle constitue l'element porteur, A cet effet, l'invention a pour objet un procede de stockage et de restitution dlenergie calori-fique pour le chauffage d'un batiment comportant au moins une piece à chauffer,-procede selon lequel: on accumule un fluide chaua dans une cuve à double paroi dont une paroi interieure delimitant un volume de stockage dudit fluide chaud et une paroi exterieure autour de la paroi interieure et en relation d'echange thermique avec ladite piece a chauffer on isole lesdites parois l'une de l'autre afin de restreindre les echanges de chaleur entre elles, et on chauffe ledit espace en faisant circuler ledit fluide chaud dans l'epaisseur de la paroi exterieure.
L'invention a aussi pour objek un dispositif de stockage et de restitution d'energie calorifique, cons-tituant un element porteur de bâtiment, caracterise en ce qu'il comprend une cuve ou un reservoir avec une paroi interieure et une paroi extérieure separees par une âme centrale isolante, la paroi intérieure délimitant un volume de stockage de fluide hydraulique dont la base et le sommet sont raccordes à un circuit de chauffage de ce fluide hydraulique au moyen de capteurs solaires,.et la paroi exterieure de ladite cuve incluant au moins un circuit de restitution d'energie calorifique parcouru par le fluide hydrauIique de la cuve et a~ant ses extrémites reliees a l'interieur du volume de stockage precité, des moyens etant prevus pour la commande et le contrôle de la circulation du fluide hydraulique dans ledit circuit de restitution d'energie calorifi~ue~
Lorsque le fluide ne circule pas dans la tuyauterie de restitution, realisable sous la forme d'un serpentin relie au sommet et à la hase du volume de stockage,-la cuve joue un rôle passif d'accumulation _~ _ B

d'énergie calorifique, les déperditions thermiques étant de préférence minimisées en créant le.vide dans l'âme centrale qui separe les deux épaisseurs de bé-ton concen-triques. Lorsque le fluide circule dans la tuyauterie et irrigue ainsi l'épaisseur de béton située a l'exté-rieur de l'âme centrale isolante, les calories accumulées par ce fluide peuvent être restituees à l?exterieur~ la cuve se comportant comme un radiateur vis-à-vis des espaces habitables qui l'entourent, ces espaces appartenant au bâtiment dont la cuve considerée const.itue le pilier porteur ou un des piliers porteurs. Il est a noter que grâce à l'isolation, cette cuve tout en assurant le transfert de calories vers l'exterieur continue de jouer le rôle d'accumulateur de chaleur avec le fluide qui reste dans le volume de stockage interne, la présence de ce fluide s'il est hydraulique contribuant par ailleurs a la stabilité de la cuve et, par conséquent, du bâtiment dont cette cuve corstitue l'élement porteur.
Le transfert des calories vers l'exterieur peut être contrôle et regule de façon simple et intervenant sur le debit de fluide circulant dans la ou les tuyauteries de restitution, noyees dans l'epaisseur de la paroi en - 2a -8~

béton extérieure. Un moyen de régulation complémentaire du transfert des calories vers l'extérieur consiste à modifier le degré d'isolation de la cuve, par variation du taux de vide dans l'âme centrale qui sépare les deux épaisseursde béton.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de stockage et de restitu-tion d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment:
Figure 1 est une vue en perspective, très schématique d'une maison à chauffage solaire bâtie autour d'un dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon l'invention, constituant son seul élément porteur;
Figure 2 est une vue en coupe verticale, passant par l'axe de la cuve de ce dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique.
Comme le montre la figure 1, le dispositif objet de l'invention com-prend essentiellement une cuve cylindrique (1), mise en place sur le sol avec son axe en position verticale, cette cuve ~1) servant de fondation et d'élément porteur central pour une maison (2) dont le toit comporte des capteurs solaires (3), en forme de panneaux connectés entre un collecteur inférieur (4) et un collecteur supérieur (5). Un premier conduit (6) part de la partie inférieure de la cuve (1) pour aboutir au collecteur (4), et un autre conduit (7) part du collecteur supérieur (5) pour aboutir à la partie supérieure de la cuve (1), cette cuve pouvant ainsi constituer un dispositif de stockage et de restitu-tion d'énergie calorifique. Comme le montre la figure 2, le circuit du fluide parcourant les capteurs solaires (3) comprend encore une pompe de circulation (8) et un clapet anti-retour (9).
La cuve (1 ) elle-même est constituée par deux épaisseurs de béton coaxiales, à savoir une épaisseur de béton intérieure (10) et une épaisseur de béton extérieure (11), séparées par une âme centrale isolante (12), pouvant être notamment une structure alvéolaire en "nid d'abeille" délimitée par une tôle cylindrique intérieure (13) et par une tôle cylindrique extérieure (14). L'épaisseur de béton intérieure (10) délimite le volume de stockage de la cuve (1~, contenant le fluide (15); le conduit (6) a son point de départ à la base de ce volume de stockage pour amener le fluide à chauffer aux capteurs solaires (3), et le conduit (7) aboutit au sommet de ce volume de ~33~ 3 stockage pour y ramener le fluide chauffé par les capteurs (3).
Dans l'épaisseur de béton extérieure (11 ) est inclus un serpen-tin (16), qui s'étend à la fois dans la partie supérieure et dans la paroi latérale de la cuve (1). L'extrémité supérieure du serpentin (16) est reliée par un conduit de départ (17) au sommet du volume de stockage contenant le fluide (15), et l'extrémité inférieure du serpentin (16) est reliée par un conduit de retour (18) à la base de ce volume de stockage. Sur le conduit de départ (17) est intercalée une pompe de circulation (19), dont le fonctionnement peut être commandé à partir d'une sonde de température (20).
La cuve (1), construite comme décrit précédemment, réalise un accumulateur de chaleur utilisant le fluide (15) chauffé dans les capteurs solaires (3) et stocké dans le volume délimité par l'épaisseur de béton intérieu-re (10). Cette fonction de stockage d'énergie calorifique est d'autant mieux assurée que l'isolation est parfaite, et dans ce but on crée de préférence le vide dans la structure alvéolaire en "nid d'abeille" de l'âme centrale (12).
La restitution de l'énergie calorifique, vers les pièces d'habitation de la maison (2) qui entourent la cuve (1), est obtenue par la mise en marche de la pompe (19), laquelle fait circuler un débit de fluide dans le serpentin (16), ce fluide étant prélevé par le conduit (17) au sommet du volume de stockage, et ramené par le conduit (18) à la base du volume de stockage.
L'épaisseur de béton extérieure (11 ) est ainsi "irriguée" par le fluide, et lescalories de ce fluide sont directement transférées à l'extérieur, pour chauffer les pièces de la maison (2).
L'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: en modifiant la nature du fluide contenu dans la cuve et circulant dans sa paroi, le fluide pouvant être liquide ou gazeux, ou en chauffant ce fluide par des moyens autres que des capteurs solaires, ou encore en utilisant la cuve non pas comme élément porteur unique d'un bâtiment, mais en combinaison avec d'autres cuves similaires constituant chacune un pilier porteur, ce qui permet l'applica-tion de l'invention à des bâtiments de dimensions plus importantes.

Claims (12)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé de stockage et de restitution d'éner-gie calorifique pour le chauffage d'un bâtiment comportant au moins une pièce à chauffer, procédé selon lequel:
- on accumule un fluide chaud dans une cuve à
double paroi dont une paroi intérieure délimitant un volume de stockage dudit fluide chaud et une paroi extérieure autour de la paroi intérieure et en relation d'échange thermique avec ladite pièce à chauffer;
- on isole lesdites parois l'une de l'autre afin de restreindre les échanges de chaleur entre elles, et - on chauffe ledit espace en faisant circuler ledit fluide chaud dans l'épaisseur de la paroi extérieure.
2. Procédé de stockage et de restitution d'é-nergie calorifique selon la revendication 1, dans lequel on règle le degré d'isolation entre lesdites parois afin de permettre un échange thermique prédéterminé entre les-dites parois.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on isole lesdites parois en évacuant l'espace entre elles et on règle le degré d'isolation en variant le taux de vide.
4. Procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, dans lequel on fait supporter ledit bâtiment, au moins en partie, par ladite cuve.
5. Procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, dans lequel on chauffe le fluide de la cuve en la faisant circuler dans un capteur solaire.
6. Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve ou un réservoir avec une paroi intérieure et une paroi extérieure séparées par une âme centrale isolante, la paroi intérieure délimitant un volume de stockage de fluide hydraulique dont la base et le sommet sont raccordés à un circuit de chauf-fage de ce fluide hydraulique au moyen de capteurs solaires, et la paroi extérieure de ladite cuve incluant au moins un circuit de restitution d'énergie calorifique parcouru par le fluide hydraulique de la cuve et ayant ses extrémités reliées à l'intérieur du volume de stockage précité, des moyens étant prévus pour la commande et le contrôle de la circulation du fluide hydraulique dans ledit circuit de restitution d'énergie calorifique.
7. Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve cylindrique d'axe vertical avec une paroi en béton inté-rieure et une paroi en béton extérieure séparées par une âme centrale isolante, la paroi en béton intérieure délimitant un volume de stockage de fluide hydraulique dont la base et le sommet sont raccordés à un circuit de chauffage de ce fluide au moyen de capteurs solaires, la paroi en béton extérieure de ladite cuve incluant au moins une tuyauterie de restitution d'énergie calorifique parcourue par le fluide hydraulique de la cuve, la tuyauterie ayant ses extrémités reliées à l'intérieur du volume de stockage précité et étant associée à des moyens de commande et de contrôle de la circulation du fluide dans ladite tuyauterie.
8. Dispositif de stockage et de restitution d'é-nergie calorifique selon la revendication 7, caractérisé
en ce que l'isolation thermique de la cuve est réalisée en créant le vide dans l'âme centrale qui sépare les deux épaisseurs de béton concentriques.
9. Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la revendication 7, caracté-risé en ce que l'âme centrale isolante, séparant les deux épaisseurs de béton coaxiales de la cuve est une structure alvéolaire en nid d'abeille délimitée par une tôle cylindrique intérieure et par une tôle cylindrique extérieure.
10. Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la revendication 7, carac-térisé en ce que la tuyauterie de restitution, incluse dans la paroi en béton extérieure, est réalisée sous la forme d'un serpentin qui s'étend à la fois dans la partie supérieure et dans la paroi latérale de la cuve, et qui a ses extrémités reliées au sommet et à la base du volume de stockage de fluide hydraulique.
11. Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la revendication 7, caracté-risé en ce que la cuve constitue l'élément porteur can-tral unique d'un bâtiment pour lequel elle stocke et auquel elle restitue de l'énergie calorifique.
12. Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la revendication 7, caracté-risée en ce que la cuve est utilisée en combinaison avec d'autres cuves similaires, chaque cuve constituant un pilier porteur du bâtiment pour lequel elle stocke et auquel elle restitue de l'énergie calorifique.

7.
CA000424278A 1982-03-24 1983-03-23 Procede de stockage et de restitution d'energie calorifique, et dispositif pour sa mise en oeuvre, constituant un element porteur de batiment Expired CA1212849A (fr)

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