FR2995331A1 - Element de construction dont le dernier etage est dedie a l'implantation d'au moins une eolienne d'axe vertical - Google Patents

Element de construction dont le dernier etage est dedie a l'implantation d'au moins une eolienne d'axe vertical Download PDF

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Abstract

Elément de construction (1) dont le dernier étage, définit une enceinte de captage de l'énergie du vent (2) équipée d'une moins une éolienne comportant une ouverture d'entrée d'air latérale (3) et une ouverture de sortie d'air supérieure (5) caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée d'air (3) est équipée à sa partie supérieure d'un rebord en surplomb formant casquette (8) permettant de déplacer vers le haut la zone de la façade (4) exposée au vent de l'élément de construction (1) où la surpression est la plus importante.

Description

La présente invention a pour objet un élément de construction notamment un bâtiment en particulier un immeuble d'habitation ou de bureaux ou encore un bâtiment industriel situé en zone urbaine dont le dernier étage, positionné sous la terrasse ou la toiture est principalement dédié à l'implantation d'éoliennes d'axe vertical munies d'un rotor équipé de pales actionnées par le vent et entrainant au moins une génératrice pour fournir de l'énergie électrique. Les spécialistes cherchent depuis longtemps à récupérer l'énergie éolienne qui a l'avantage d'être propre, c'est-à-dire de ne pas engen10 drer de pollution thermique ou chimique et parallèlement d'être inépuisable. Ces avantages sont toutefois compensés dans une large mesure par une série d'inconvénients liés en particulier au caractère dispersé et intermittent du vent. Il est en outre bien connu que les parcs d'éoliennes consom15 ment beaucoup d'espace et ne fonctionnent pas sans nuisances sonores, visuelles et environnementales. Ces inconvénients font que le marché des éoliennes ne connait pas l'essor auquel on aurait pu s'attendre. Ces dernières années, on a vu apparaître dans nos campagnes 20 et le long de nos côtes de nombreuses éoliennes d'axe horizontal de grande dimension montées sur des mâts de grande hauteur pour tirer profit des vitesses du vent plus élevées en altitude. De telles éoliennes qui sont implantées dans des zones très ventées et où le vent est relativement stable permettent en règle générale de 25 produire de l'électricité pendant 30 % de l'année. L'implantation d'éoliennes en zone urbaine est nettement plus problématique dans la mesure où le vent y est instable et où les seuls lieux réellement favorables à l'implantation d'éoliennes sont des immeubles de grande hauteur ou des éléments de construction situés dans des emplace- 30 ments privilégiés, à titre d'exemple sur des buttes. Une éolienne ainsi implantée dans un lieu favorable a néanmoins toujours un rendement faible du fait des tourbillons créés par le bâtiment qui constitue un obstacle que le vent est obligé de contourner. De plus, l'implantation d'éoliennes dans nos villes entraine 35 des problèmes de sécurité, d'esthétique et de nuisances sonores qui sont très difficiles à résoudre. Pour cette raison, l'intégration des éoliennes en milieu urbain est actuellement très limitée.
Pour remédier à cet inconvénient, il a déjà été proposé conformément au document FR 2 913 072 d'ajouter un étage à un bâtiment pour le dédier à l'implantation d'une série d'éoliennes, ce en y intégrant des éléments techniques tels que des organes de mécanisation de cages d'ascenseurs. Selon ce document antérieur, le dernier étage du bâtiment dé- finit ainsi une enceinte de captage de l'énergie du vent équipée d'une série d'éoliennes, comportant au moins une ouverture d'entrée d'air latérale et au moins une ouverture de sortie d'air supérieure.
Selon cette publication antérieure, l'enceinte de captage de l'énergie du vent est plus précisément équipée, sur toute sa périphérie d'ouvertures d'entrée d'air latérales permettant d'actionner les éoliennes quelque soit la façade du bâtiment exposée au vent. Ces ouvertures d'entrée d'air sont avantageusement associées à des volets motorisés eux aussi situés sur toute la périphérie de l'étage du bâtiment réservé aux éoliennes et permettant de réguler le débit d'air, d'isoler les éoliennes en cas de tempête et le cas échéant d'orienter l'air sur une ou plusieurs turbines. Le fait de canaliser les entrées d'air sur une ou plusieurs tur- bines permet de récupérer de l'énergie même quand la vitesse du vent est faible. Le vent capté par toutes les entrées d'air peut en effet être alors canalisé sur une seule turbine, ce qui permet d'avoir assez de vent pour entrainer celle-ci.
L'objet de l'invention est de proposer un élément de construc- tion notamment un bâtiment du type de celui décrit dans cette publication antérieure de nature à permettre d'augmenter l'énergie électrique pouvant être fournie. Il est à noter que dans cette description le terme élément de construction peut désigner un édifice bâti quelconque tel qu'un immeuble d'habitation ou de bureaux ou un bâtiment industriel (usine, gare, hôpital...) voir un bunker en façade de falaise. L'invention concerne ainsi un élément de construction dont la terrasse ou le dernier étage définit une enceinte de captage de l'énergie du vent équipée d'au moins une éolienne notamment d'une série d'éoliennes comportant d'une part au moins une ouverture d'entrée d'air latérale de forme essentiellement rectangulaire munie de deux côtés horizontaux situés sur une façade exposée au vent, et d'autre part, et au niveau de la terrasse ou de la toiture du bâtiment au moins une ouverture de sortie d'air supérieure dont la géométrie et les dimensions sont choisies de manière à permettre d'augmenter le flux d'air traversant l'enceinte de captage de l'énergie du vent.
Il est a noter que l'enceinte de captage de l'énergie du vent peut n'être équipée que d'une seule éolienne sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Il est également à noter que conformément à l'invention, toutes les façades de l'élément de construction peuvent être équipées 10 d'ouvertures d'entrée d'air latérales de façon à permettre d'actionner la ou les éolienne(s) quelle que soit la façade du bâtiment exposée au vent. Sur un plan général, un élément de construction constitue un obstacle que le vent peut contourner latéralement ou en passant au dessus. Or, en passant au dessus de l'élément de construction, le vent 15 prend de la vitesse et en corollaire perd de la pression. La façade de l'élément de construction exposée au vent se trouve quant à elle en surpression. Cette surpression est maximum dans une zone centrale de cette façade. 20 L'idée à la base de l'invention a consisté à chercher à déplacer vers le haut cette zone centrale de la façade de l'élément de construction exposée au vent au niveau de laquelle la surpression est la plus importante de façon à augmenter la différence de pression existant entre l'ouverture d'entrée d'air latérale de l'enceinte de captage de l'énergie du vent et la ter- 25 rasse ou la toiture de l'élément de construction et par suite le flux d'air traversant l'enceinte de captage de l'énergie du vent. Dans ce but, il est proposé conformément à l'invention d'équiper l'ouverture d'entrée d'air de l'enceinte de captage de l'énergie du vent, à sa partie supérieure, au niveau de la terrasse ou de la toiture de 30 l'élément de construction d'un rebord en surplomb formant casquette. Un tel rebord formant casquette permet en effet de déplacer vers le haut la zone de la façade de l'élément de construction exposée au vent associée au niveau de laquelle la surpression est la plus importante, et par suite d'augmenter la différence de pression entre l'ouverture d'entrée 35 d'air et la terrasse ou la toiture de l'élément de construction qui est en dépression, donc le flux d'air traversant l'enceinte de captage de l'énergie du vent et en corollaire l'énergie électrique fournie par l'éolienne.
Selon une première variante de l'invention, l'ouverture de sortie d'air est équipée d'une collerette extérieure de nature à favoriser la circulation d'air dans l'enceinte de captage de l'énergie du vent. Selon une seconde variante de l'invention, l'enceinte de cap- tage de l'énergie du vent est équipée d'au moins une éolienne notamment d'une série d'éoliennes comportant chacune une embase de canalisation du vent se prolongeant vers l'extérieur par une cheminée d'axe vertical de faible hauteur ayant la forme d'un cône divergent très évasé entourant une ouverture de sortie d'air et au niveau du col de laquelle est monté le rotor.
Une éolienne de ce type est notamment décrite dans le docu- ment FR 2 954 416. Le rebord en surplomb formant casquette peut avoir une géo- métrie quelconque sans pour cela sortir du cadre de l'invention, et en particulier être constitué par un élément plan horizontal.
Un tel rebord en surplomb formant casquette peut également être incliné vers le bas, ce qui présente l'avantage de permettre au vent de passer plus près de la terrasse ou de la toiture de l'élément de construction et donc de rapprocher le centre de dépression de l'ouverture de sortie d'air de l'enceinte de captage de l'énergie du vent.
Il peut également être envisagé d'équiper le rebord en sur- plomb formant casquette d'un nez incliné vers le bas pouvant avoir diverses formes. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de construction est lui-même équipé d'une terrasse ou d'une toiture inclinée 25 vers le bas se prolongeant par le rebord en surplomb formant casquette. Une telle inclinaison vers le bas de la terrasse ou de la toiture de l'élément de construction par rapport au sens de propagation du vent permet de favoriser l'écoulement du vent au dessus de la terrasse ou de la toiture de sorte que la vitesse du vent augmente à ce niveau et qu'en corol- 30 laire la dépression soit plus importante. Dans la mesure où la direction du vent est variable, la ter- rasse ou la toiture de l'élément de construction peut comporter plusieurs versants inclinés vers le bas. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, 35 l'élément de construction est également équipé de parois de canalisation du vent planes, essentiellement verticales faisant saillie sur sa façade exposée au vent.
Ces parois permettent de favoriser le déplacement de l'air vers le haut de l'élément de construction et contribuent à l'empêcher de contour- ner celui-ci. Le nombre et la géométrie de ces parois de canalisation du vent qui sont plus efficaces en partie haute qu'en partie basse de l'élément de construction peuvent varier dans une large mesure sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Ces parois coopèrent avec le rebord en surplomb formant cas- quette pour augmenter la différence de pression existant entre l'ouverture Io d'entrée d'air de l'enceinte de captage de l'énergie du vent et la terrasse ou la toiture de l'élément de construction. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'éolienne ou chacune des éoliennes est montée dans un caisson essentiellement parallélépipédique ou trapézoïdal rapporté sur la ter- 15 rasse ou la toiture de l'élément de construction à l'aplomb de la façade exposée au vent et équipé d'au moins une ouverture d'entrée d'air latérale ainsi que d'au moins une ouverture de sortie d'air supérieure. Un tel caisson a un effet amortisseur et permet de diminuer les phénomènes de tourbillonnement autour de la ou des éolienne(s). 20 Les caractéristiques de l'élément de construction qui fait l'objet de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux sché- mas non limitatifs annexés dans lesquels : la figure 1 représente un bâtiment équipé d'un rebord en surplomb formant casquette horizontal, 25 la figure 2a représente un bâtiment équipé d'un toit incliné vers le bas se prolongeant par un rebord en surplomb formant casquette incliné lui-aussi vers le bas, la figure 2b est un schéma similaire à la figure 2a mais représentant un bâ- timent dont la toiture comporte deux versants, et 30 les figures 3a et 3b représentent un bâtiment équipé d'un rebord en surplomb formant casquette horizontal coopérant avec des parois de canalisa- tion du vent. Selon la figure 1, bâtiment 1 est équipé au niveau de son der- nier étage d'une enceinte de captage de l'énergie du vent 2 équipée d'une sé- 35 rie d'éoliennes d'axe vertical non représentées. Cette enceinte 2 est équipée d'une ouverture d'entrée d'air la- térale 3 située sur une façade 4 du bâtiment exposée au vent comme repré- senté par les flèches, et au niveau de sa toiture d'une ouverture de sortie d'air supérieure 5 entourée par une collerette extérieure 6. La toiture 7 du bâtiment 1 est horizontale et se prolonge par un rebord en surplomb plan formant casquette horizontal 8 au niveau de l'ouverture d'entrée d'air 3. Ce rebord en surplomb plan formant casquette 8 est égale- ment représenté schématiquement sur les figures 3a et 3b. Selon les figures 1, 2a et 2b, le bâtiment 1 constitue un obstacle pour le vent représenté par les flèches qui se propage dans sa direc10 tion : le vent peut ainsi soit venir frapper la façade 4 exposée à celui-ci soit contourner le bâtiment 1 latéralement ou par le haut. Le vent passant au dessus de la toiture 7 du bâtiment 1 prend de la vitesse et perd en corollaire de la pression. Il se forme donc une dépression ( - ) à ce niveau. 15 Au contraire, la façade 4 du bâtiment 1 exposéee au vent est soumise à une surpression (+) qui est maximum dans une zone médiane. La présence du rebord en surplomb formant casquette 8 permet de déplacer vers le haut la zone de la façade 4 du bâtiment 1 exposé au vent au niveau de laquelle la surpression (+) est maximum, et donc de la 20 rapprocher de l'ouverture d'entrée d'air 3 de l'enceinte de captage de l'énergie du vent 2. En d'autres termes, la présence de la casquette 8 permet d'augmenter la différence de pression entre l'ouverture d'entrée d'air 3 et l'ouverture de sortie d'air 5 de l'enceinte de captage de l'énergie du vent 2, et 25 donc d'augmenter le flux d'air représenté par la flèche A qui traverse cette enceinte et actionne les éoliennes équipant celle-ci. Selon la figure 2a, le bâtiment l' est équipé d'un toit 7' incliné vers le bas dans la direction du vent et se prolongeant par un rebord en surplomb formant casquette 8' incliné lui aussi vers le bas dans la direction du 30 vent. Selon la figure 2b, le bâtiment 1" est équipé d'un toit à deux versants 71, 72 se prolongeant également chacun respectivement par un rebord en surplomb formant casquette 81, 82 lui aussi incliné vers le bas. Selon les figures 3a et 3b, la façade exposée au vent 4 du bâ35 timent 1 est équipée de parois de canalisation 9, 9' faisant saillie sur cette façade. Ces parois de canalisation du vent coopèrent avec le rebord en surplomb formant casquette 8 pour augmenter la surpression au niveau des ouvertures d'entrée d'air 3 de l'enceinte de captage de l'énergie du vent 2 qui ne sont pas représentées sur ces figures. Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3a, la façade 4 est équipée de trois parois de canalisation du vent 9 ayant une lar- geur constante sur la totalité de la hauteur du bâtiment 1. Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3b, la façade 4 est équipée de deux parois de canalisation du vent latérales 9' allant en s'élargissant vers la partie supérieure du bâtiment 1 ou elles sont plus efficaces. Io Dans les deux cas, les parois de canalisation du vent 9, 9' en- travent le contournement latéral du vent vers les faces latérales du bâtiment 1.
NOMENCLATURE Bâtiment 2.Enceinre de captage de l'énergie du vent 3. Ouvcrttu-(-2 d'entrée d 'air lai rIe 4. Fa_çade 5. Ouverture de sortie d'air sujérieur Collerette extérieure Toiture 8. Casquettc Parois rk canalisation du vent

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS1°) Elément de construction en particulier bâtiment (1) situé en zone urbaine dont le dernier étage, positionné sous la terrasse ou la toiture (7) est princi- paiement dédié à l'implantation d'au moins une éolienne d'axe vertical munie d'un rotor équipé de pales actionnées par le vent et entrainant au moins une génératrice pour fournir de l'énergie électrique, le dernier étage de cet élément de construction définissant une enceinte de captage de l'énergie du vent (2) équipée d'au moins une d'éolienne comportant d'une part au moins une ouverture d'entrée d'air latérale (3) de forme essentiellement rectangulaire munie de deux côtés horizontaux, située sur une façade (4) exposée au vent, et d'autre part et au niveau de la terrasse ou de la toiture (7) de l'élément de construction au moins une ouverture de sortie d'air supérieure (5) dont la géométrie et les dimensions sont choisies de manière à permettre d'augmenter le flux d'air traversant l'enceinte de captage de l'énergie du vent (2), caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée d'air (3) est équipée à sa partie supérieure, au niveau de la terrasse ou de la toiture (7) du bâtiment (1), d'un rebord en surplomb for- mant casquette (8) permettant de déplacer vers le haut la zone de la façade (4) exposée au vent où la surpression est la plus importante, et par suite d'augmenter la différence de pression entre l'ouverture d'entrée d'air (3) et la terrasse ou la toiture (7) de l'élément de construction (1) qui est en dépression et donc le flux d'air traversant l'enceinte de captage de l'énergie du vent (2).
  2. 2°) Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie d'air (5) est équipée d'une collerette extérieure (6).
  3. 3°) Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte de captage de l'énergie du vent (2) est équipée d'une éolienne ou d'une série d'éoliennes comportant chacune une embase de canalisation du vent se prolongeant vers l'extérieur par une cheminée d'axe vertical de faible hauteur ayant la forme d'un cône divergent très évasé entourant l'ouverture de sortie d'air (5) et au niveau du col de laquelle est monté le rotor.4°) Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rebord en surplomb formant casquette (8) est horizontal. 5°) Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rebord en surplomb formant casquette (8) est incliné vers le bas. 6°) Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rebord en surplomb formant casquette (8) est équipé d'un nez incliné vers le bas. 7°) Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' il est équipé d'une terrasse ou d'une toiture (7) inclinée vers le bas. 8°) Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu' il est équipé de parois de canalisation du vent planes (9) , essentiellement verticales faisant saillie sur sa façade (4) exposée au vent. 9°) Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'éolienne ou chacune des éoliennes est montée dans un caisson essentielle- ment parallélépipédique ou trapézoïdal rapporté sur la terrasse ou la toiture (7) de l'élément de construction à l'aplomb de la façade (4) exposée au vent et équipé d'au moins une ouverture d'entrée d'air latérale (3) ainsi que d'au moins une ouverture de sortie d'air supérieure (5).30
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